Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
1
Phần A: Lời Nói Đầu
Với sự phát triển của ngành kỹ thuật nói chung,và của ngành Điện nói riêng,đã
giúp ích rất nhiều cho con người trong công việc cũng như trong cuộc sống.
Một mạch điện tử nhỏ,với rất nhiều chức năng đã giúp con người có thể làm
những việc mà con người khó có thể hoàn thành được,và bạn có thể giả quyết công việc
một cách nhanh chóng,dù không trực tiếp tiếp xúc vào công việc mà mình muốn th
ực
hiện.
Vì vậy tôi xây dựng bài tập lớn này với mong muốn cung cấp thông tin về mạch
điện tử chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển như vai trò của mạch,phạm vi ứng dụng
,phân loại,mô phỏng,phân tích,tính toán….Trình bày nguyên tắc cơ bản của mạch bán
điều khiển,cụ thể là thyristor.
Kĩ thuật vi sử lý rất ưu việt,đã trở thành rất cần thiế
t trong nghành điện tử,nó đã
thay thế các thiết bị có cấu tạo phức tạp thành đơn giản. ứng dụng rất rộng rãi từ máy
móc quan trọng trong nền công nghiệp đến các thiết bị chuyện dùng.
Với các ưu diểm của các chỉ tiêu kĩ thuật và tính linh hoạt của mạch điện tử,việc
nghiên cứu và ứng dụng của mạch điện tử là cực kì c
ần thiết.
Không dừng lại ở cách sử dụng,cách tốt nhất để hiểu rõ thiết bị và đi sâu vào tìm
hiểu bản chat hoạt dộng bên trong cuẩ thiết bị đó.
Thực hiện đề tài “
Chỉnh Lưu Cầu Ba Pha Bán Điều Khiển”như là một
cách để thực hiện mọt phần trong kiến thức mà em đã được học.
Rất mong được sự ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên Khoa

Điện về đề tài này.

Hà Nội,Ngày Tháng Năm 2009
Sinh Viên Thực Hành
Vũ Quốc Linh

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
2
Mục Lục: Trang

Chương I: Giới Thiệu Các Linh Kiện Điện Tử Cơ Bản ………… 3
• Linh kiện tích cực .…………………………………….……3
• Linh kiện thục động ……………………………………… 5
• Linh kiện bán dẫn ………………………………………….7
Chương II: Khái quát chung về chỉnh lưu …………………………… 7
• Tổng quan về chỉnh lưu ……………………………………7
• Các sơ đồ cơ bản……………………………………………9
• Các thông số……………………………………………… 11
• Các nguyên tắc điều khiển…………………………………13
Chương III: Khái quát Chỉnh lưu ba pha………………………………15
• Chỉnh l
ưu tia ba pha
1. Chỉnh lưu dùng diot…………………………………15
2. Chỉnh lưu dùng thyristor……………………………20
• Chỉnh lưu cầu ba pha
1. Chỉnh lưu dùng diot………………………………….25

2. chỉnh lưu dùng thyristor…………………………… 26
3. Chỉnh lưu Bán Điều khiển………………………… 30
Chương IV: Thiết kế mạch chọn thông số “dùng thy”…………………35
• Tổng quan về thiết kế ……………………………………. 36
•
Các mạch thy ………………………………………………. 41
•
Tính toán mạch và thiết kế………………………………… 43






GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
3

Phần B Nội Dung
Chương 1: Giới Thiệu Các Linh Kiện Điện Tử Cơ Bản

Linh khiện tích cực

Gồm 3 phần chú ý: Linh kiện thụ động

Linh kiện bán dẫn

1.1 Linh kiện tích cực :

1.1.1. Nguồn dòng:
a) Khái niệm và ứng dụng
Nguồn dòng là một mạch điện cung cấp một dòng điện không phụ thuộc tải.
Nguồn dòng có rất nhiều ứng dụng :
- Nguồn dòng tín hiệu khi cần truyền đi xa: để tránh sai số do điện trở đường dây, nhiễu
điện áp cảm ứng
- Nguồn dòng trong các mạch nạp xả tụ điện, nhằm tuyến tính hóa đi
ện áp nạp và xả.

- Nguồn dòng trong các mạch cấp điện cho diode zenner, để có điện áp ổn định.

- Nguồn dòng cho các mạch đo lường dựa trên điện áp trên hai đẩu điện trở
b) Phân loại :
- Nguồn dòng cố định: cho dòng ra ổn định và không thay đổi.
- Nguồn dòng phụ thuộc: cho dòng ra tỷ lệ với một áp điều khiển đầu vào.
c) Cách lắp mạch :
- Các mạch nguồn dòng
đơn giản và không cần chính xác lắm, ta có thể mắc
bằng chỉ 1 hoặc 2 tranistor.

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
4
5v
V2

+v
RE
1K
Q1
NPN
V1
+v
10V
T1
5v
V2
RL
1K
+v
10V
RL
1K
V1
T2
R1
1K
R1
1K
RE
1K
+v
R2
1K

Q1
NPN
R3
R2
V1
10V
Q2
2N1613
RL
1K
+v
D1
Zened
R1
1K
D2
V1
10V
RE
1K
+v+v
5v
R1
1K
5v
V2
+v
RL
1K
V2

Hình 1.1.1.1. Sơ đồ các mạch nguồn dòng dung Transistor

- Nguồn chính xác hơn có thể ráp bằng OpAmp. or

Umin
+
Umax


1.1.2. Nguồn áp
a) Khái niệm và ứng dụng :
Nguồn áp là mạch cung cấp một điện áp không phụ thuộc tải, hay không phụ thuộc
dòng điện chạy qua.
GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
5
Ví dụ: nguồn điện lưới, pin, accu, các mạch nguồn cơ bản như mạch nguồn
dùng Zenner diode ,
Tuỳ theo yêu cầu mạch ứng dụng mà loại nguồn áp được sử dụng.
b) Phân loại
- Nguồn áp cố định
VD : Pin , Acquy …
- Nguồn áp phụ thuộc.
VD: Nguồn sử dụng mạch chỉnh lưu , nguồn điện lưới…
c) Cách mắc mạch:

Mắc mạch sử dụng chỉ
nh lưu cầu và IC LM78xx :


Hình 1.1.2.1. Sơ đồ mạch nguồn áp

1.2 Linh kiện thụ động:
1.2.1 Điện trở :
a) Khái niệm :
Điện trở là một phần tử thụ động trong mạch điện đặc trưng cho tính chất cản trở dòng
điện Chính vì thế, khi sử dụng điện trở cho một mạch điện thì một phần dòng điện
Chính vì thế, khi sử dụng điện trở cho một mạch điện thì một phần nă
ng lượng điện sẽ
bị tiêu hao để duy trì mức độ chuyển dời của dòng điện. Nói một cách khác thì khi điện
trở càng lớn thì dòng điện đi qua càng nhỏ và ngược một cách khác thì khi điện trở càng
lớn thì dòng điện đi qua càng nhỏ và ngược lại khi điện trở nhỏ thì dòng điện dễ dàng
được truyền qua.
b) Phân loại
Do đặc trung chính của điệ
n trở là cản trở dòng điện nên khi dòng điện chạy qua nó sẽ
tiêu thụ một lượng năng lượng , cụ thể ở đây là điện năng theo phương trình
P = I2R
Với P : Công suất tổn hao trên điện trở (W)
I : Cường độ dòng điện chạy qua điện trở (A)
R : Trở kháng của điện trở (Ω)
Chính vì vậy khi phân loại điện trở trên thự
c tế ngưởi ta phân loại theo công suất
tiêu thụ tối đa của điện trở :
GVHD: Nguyễn Đức Quang

SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
6
- Điện trở công suất lớn ( > 1W)
- Điện trở công suất trung bình (1/4W-1W)
- Điện trở công suất nhỏ (1/8W – 1/4W)
Ví dụ

Như trên hình vẽ, điện trở 4 vạch màu ở phía trên có giá trị màu lần lượt là:
xanh lá cây/xanh da trời/vàng/nâu sẽ cho ta một giá trị tương ứng như bảng
màu lần lượt là 5/6/4/1%. Ghép các giá trị lần lượt ta có 56x104Ω=560kΩ và
sai số điện trở là 1%.
Tương tự điện trở 5 vạch màu có các màu lần lượt là: Đỏ/cam/tím/đen/nâu sẽ tương ứng
với các giá trị lần lượt là 2/3/7/0/1%. Như v
ậy giá trị điện trở chính là 237x100=237Ω,
sai số 1%.
1.3 Linh kiện bán dẫn

1.3.1 Giới thiệu về chất bán dẫn
a. Chất bán dẫn là gì ?
Chất bán dẫn ( Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách
điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính cách
điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính d
ẫn
điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là "bán dẫn" (chữ "bán" theo nghĩa Hán Việt có nghĩa là một
nửa), có nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ
không dẫn điện
b. Vùng năng lượng trong chất bán dẫn
Tính chất dẫn điện của các vật liệu rắn được gi

ải thích nhờ lý thuyết vùng năng
lượng Như ta biết điện tử tổn tại trong nguyên tử trên những mức năng lượng gián
đoạn (các trạng thái dừng). Nhưng trong chất rắn, khi mà các nguyên tử kết hợp lại
với nhau thành các khối, thì các mức năng lượng này bị phủ lên nhau, và trở thành
các vùng năng lượng và sẽ có ba vùng chính.


Hình 1.3.1.1. Các vùng năng lượng của chất rắn
GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
7
+Vùng hóa trị (valence band): Là vùng có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng,
là vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động.
+Vùng dẫn (Conduction band): Vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng màđiện tử
sẽ linh động (như các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử ẫn, có nghĩa là
chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có
điện tử tồn tại trên vùng dẫn.
Tính dẫn điện tăng khi mật độ điện tử trên vùng dẫn tăng.
+Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có
mức năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha
tạp, có thể xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm (mức pha tạp).
Khoảng cách giữa đáy vùng d
ẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay năng
lượng vùng cấm (Band Gap). Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là
dẫn điện hoặc không dẫn điện.
Như vậy, tính dẫn điện của các chất rắn và tính chất của chất bán dẫn có thể lý giải một
cách đơn giản nhờ lý thuyết vùng năng lượng như sau:

+Kim loại có vùng dẫn và vùng hóa tr
ị phủ lên nhau (không có vùng cấm) do đó luôn
luôn có điện tử trên vùng dẫn vì thế mà kim loại luôn luôn dẫn điện.
+Các chất bán dẫn có vùng cấm có một độ rộng xác định. Ở không độ tuyệt đối (0 K)
mức Fermi nằm giữa vùng cấm, có nghĩa là tất cả các điện tử tồn tại ở vùng hóa trị, do
đó chất bán dẫn không dẫn điện. Khi tăng dần nhiệt độ, các đi
ện tử sẽ nhận được năng
lượng nhiệt (kB.T với kB là hằng số Boltzmann) nhưng năng lượng này chưa đủ để điện
tử vượt qua vùng cấm nên điện tử vẫn ở vùng hóa trị.
Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao, sẽ có một số điện tử nhận được năng lượng lớn hơn
năng lượng vùng cấm và nó sẽ nhảy lên vùng dẫn và chất rắn trở thành dẫn điện. Khi
nhiệt độ càng tăng lên, mật độ điện tử trên vùng dẫn sẽ càng tăng lên, do đó, tính dẫn
điện của chất bán dẫn tăng dần theo nhiệt độ (hay điện trở suất giảm dần theo nhiệt độ).
Một cách gần đúng, có thể viết sự phụ thuộc của điện trở chất bán dẫn vào nhiệt độ nh
ư
sau:



Với: R0 là hằng số, ΔEg là độ rộng vùng cấm.
Ngoài ra, tính dẫn của chất bán dẫn có thể thay đổi nhờ các kích thích năng lượng khác,
ví dụ như ánh sáng. Khi chiếu sáng, các điện tử sẽ hấp thu năng lượng từ photon, và có
thể nhảy lên vùng dẫn nếu năng lượng đủ lớn. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến sự
thay đổi về tính chất của chất bán dẫn dướ
i tác dụng của ánh sáng (quang-bán dẫn).

Chương 2: Khái quát chung về chỉnh lưu

I.1 Khái niệm và phân loại
• Khái niệm

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện có các thiết bị điện tử, dùng để biến đổi
dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Các mạch chỉnh lưu có thể dùng trong
GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
8
các bộ nguồn cấp điện, và trong các mạch tách sóng của tín hiệu vô tuyến. Các mạch
chỉnh lưu có thể được lắp bằng các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân và các kỹ
thuật khác.Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách
khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì thuậ
t
ngữ "chỉnh lưu" và "điốt" có thể được xem như là một. Đa số các mạch chỉnh lưu sử
dụng nhiều điốt với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành
một chiều tốt hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ. Trước khi các điốt bán dẫn phát
triển, người ta còn dùng các mạch chỉnh l
ưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh
lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni
Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều,cung cấp cho nhiều phụ tải
một chiều có thể kể ra một số thiết bị ở dưới đây:
+ Các động cơ điện một chiều
+ Hệ thống kích thích cho các máy phát điện đồng bộ,máy phát
+ Các quá trình công nghệ điện hóa,yêu cầu dòng điện một chiều nguồn
dòng rất lớn như mạ điện,điện phan,xử lý bề mặt hóa học,anot hóa,
+ Các hệ thống nạp điện cho ắc quy
+ Các nguồn mootjc hiều cho các thiết bị điều khiển,viễn thông
+ Trong hệ thống chuyển tải điện một chiều,với công suất rất lớn….
Ngoài ra chỉ
nh lưu còn là khâu biến dổi năng lượng điện đầu vào,lấy từ lưới

điện,trong các bộ biến đổi bán dẫn như các bộ biến đổi tần.Nói chung chỉnh lưu là một
loại bộ biến đổi cơ bản,có vai trò cực kì quan trọng trong việc biến đổi điện năng.
• Phân loại
Chỉnh lưu được phân loại theo số pha của nguồn xoay chiề
u đầu vào,là chỉnh lưu
một pha ba pha hoặc n_pha.Nếu dòng xoay chiều chạy giữa day pha và day trung tính
thì gọi là chỉnh lưu hình tia.nếu dòng chỉ chạy giữa các day pha với nhau thì chỉnh lưu
goị là chỉnh lưu sơ đồ cầu.
Chỉnh lưu gọi là không điềukhiển,có điều khiển,bán điều khiển tùy theo sơ đồ
dung toàn diot hay tiristor hoặc dung cả hai loại van.

Theo các cách phân loại trên,chỉnh lưu được gọ
i tên theo sơ đò sau:


1-pha không điều khiển
Hình tia
Chỉnh lưu 3- pha điều khiển hoàn toàn

……
Hình cầu Bán điều khiển

n- pha

I.2 Cấu chúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu

GVHD: Nguyễn Đức Quang

SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
9

4
Ud,Id
Luong
3
Loc
Mach Dieu
MBA
1 5
4 8
CL
2
Mot Chieu
Mach Do
Phu Tai
5
1
Khien



Cấu chúc chung của sơ đồ chỉnh lưu cho ở hình trên H 1 bao gồm các thành phần chính
sau đây:
1.MBA:
Máy biến áp dung để phối hợp mức điện áp giữa điện luwois và đầu vào của chỉnh
lưu.Máy biến áp là bộ phận hình tia nhưng không bắt buộc đối với sơ đồ hình cầu
2.CL:
Sơ đồ van chỉnh lưu,đây là bộ phận được gồm các van bán dẫn ược n

ối theo sơ đồ
cầu,hoặc sơ đồ tia,có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
3. Khâu lọc:
Gồm các thành phần phản kháng như tụ điện,cuộn cảm,có chức năng san phẳng
điện áp chỉnh lưu,có trong nhiều ứng dụng nhất là với công suất lớn,bản than phụ tải đã
có tính chất lọc lên khâu l
ọc không nhất thiết phải có.
4. Mạch đo lường:
Gồm các khâu tạo ra tín hiệu về dòng điện,điện áp phục vụ cho các chức năng điều
chỉnh,các chức năng theo dõi,hiển thị và bảo vệ cả hệ thống.
5. Mạch điều khiển:
Đây là khâu quan trọng nhất,trong sơ đồ chỉnh lưu,mạch điều khiển có nhiệ
m vụ tạo
ra các xung điều khiển với góc pha điều khiển có thể điều chỉnh được,đồng pha với
điện áp lưới xoay chiều,đưa đến cực điều khiển của tiristor trong các khoảng thời gian
mà điện áp anot-catot trên van đang dương.Mạc diều khiển phải có khả năng thay
đổigóc điều khiển anpha trong toàn bộ dải điều chỉnh,về lý thuy
ết từ
00
1800 → ,qua đó
điều chỉnh được điện áp chỉnh lưu trong toàn bộ dải yêu cầu.Mạch điều khiển cũng thực
hiện các chức năng của các mạch vòng điều chỉnh tự động,các chức năng bảo vệ và tín
hiệu hóa cho toàn bộ hệ thống.

I.3 Các sơ đồ chỉnh lưu cơ bản

GVHD: Nguyễn Đức Quang

SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
10
1 5
4 8

1 5
4 8

1 5
6
4 8

(2) (3)
(1)

(5)
(4)


Chú giải: Hình 1 là chỉnh lưu một pha,nửa chu kỳ
Hình 2 là sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha
Hình 3 là sơ đò chỉnh lưu tia một pha
Hình 4 là sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha
Hình 5 lad sơ đồ chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng

I.4 Các đặc tính cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu
Các dặc tính của một sơ đồ chỉnh lưu thể hiện qua một nhóm,các thong số cơ
bản.Quá trình nghiên cứu các sơ dồ chỉnh lưu chính là để làm rõ các sơ đồ chỉnh lưu có
thỏa mãn các yêu cầu đặt ra trong các ứng dụng cụ thể hay không,qua các thong số này
các yêu cầu kĩ thuật thường cho dưới dạng:

+ Giá trị điện áp và dòng điện chỉnh lưu (
dd
IU , )hoặc điện áp và công suất chỉnh
lưu yêu cầu(
dd
IU , )
+ Điện áp nguồn xoay chiều đầu vào,ví dụ,điện áp lấy vào từ lưới điện,một pha
hoặc ba pha.
Vì vậy các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu phải được biểu diễn qua các yêu
cầu này,bao gồm:
1.các thong số đánh giá chất lượng của điện áp chỉnh lưu:
GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
11
điện áp chỉnh lưu không co dạng bằng phẳng hoàn toàn mà có dạng đạp mạch vì nó tạo
thành từ các mảnh của điện apsxoay chiều hình sin
2. các thông số về van:
các thong số này cần thiết đẻ có thể chọn lựa chọn van cho một sơ đồ chỉnh lưu hai
thong số này cần thiết nhất để chọn van trong mạch chỉnh lưu:
+dòng trung bình qua van,biểu diễn dòng chỉnh lưu
d
I
+giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van,biểu diễn qua điện áp,chỉnh lưu yêu cầu
max,D
U
3. Các thông số của máy biến áp:
các thông số này cần thiết cho việc thiết kế ,chế tạo máy biến áp. Để chế tạo một máy

biến áp cần biết được
+ Công suất tính toán máy biến áp phụ thuộc công suất chỉnh lưu cầu
(
)
dba
PS .
Công suất này xác định kích thước cũng như trọng lượng sắt của mạch từ máy biến áp.
+ Điện áp trên cuộn sơ cấp,thứ cấp máy biến áp,phụ thuộc điện áp lưới và điện áp
chỉnh lưu yêu cầu,U1,U2. các điện áp này xác định số vòng dây cuốn của mỗi cuộn dây
+Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp,thứ câp máy biến áp ,phụ thuộc dòng chỉnh l
ưu
yêu cầu
)(),(
21 dd
IIII giá trị này dùng để xác định tiết diện day cuốn với mật độ dòng
điện thường lấy từ 2 đến
2
/5,2 mmA
4. Các thông số ảnh hưởng sơ đồ chỉnh lưu đối với lưới điện:
ảnh hưởng của sơ đồ chỉnh lưu với điện lưới thể hiện qua độ méo phi tuyến của dòng
điện xoay chiều đầu vào chỉnh lưu và hệ số công suất
ψ
Cos ,trong đó
ψ
là góc lệch giữa
I và điện áp đầu vào.
+Dòng điện đầu vào chỉnh lưu không có dạng hình sin,vì vậy có thể gây lên méo
điện lưới,ảnh hưởng đến phụ tải khác,đặc biệt đối với lưới điện yếu hoặc khi công suất
chỉnh lưu chiếm phần dáng kể trong công suất trạm biến áp
+ Các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển có hệ số công su

ất nguồn
ψ
Cos
thấp,nhất là ở
dải điều chỉnh rộng,mặt khác do dòng đầu vào chỉnh lưu chứa nhiều thành phần song
dài bậc cao lên không thể dòng các biện pháp bù công suất phản kháng bằng tụ tĩnh
điện như với lưới điện thông thường.
⇒ Vì vậy việc xác định hệ số công suất chỉnh lưu giúp cho việc thiết kế,tính toán hệ
thống điện cung cấp hợp lý,nếu có thể dung trong các ứng dụng lên lựa chọn sơ đồ
chỉnh lưu không điều khiển



5.Các thông số về dòng điện
• Điện áp chỉnh lưu
GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
12


d
U : Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu. Bao gồm cả thành phần xoay chiều
σ
U và
thành phần một chiều _ giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu
d
U .

Số xung đập của mạch của sóng điện áp chỉnh lưu:
f
f
p
)1(
σ
=

+
()
1
σ
f
:tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của
d
U
+f: tần số điện áp lưới
• Dòng điện chỉnh lưu
id:giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu_sóng dòng điện chỉnh lưu
Id:Giá trị trung bình_thành phần một chiều của song điện chỉnh lưu
σ
I :thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu
dd
Iii +=
σ

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
13

Xét hệ thống chỉnh lưu_tải R,L,
u
E

()
0,0
0;0
0;0
<<=>+〈
==⇒+=
〉〉⇒+〉
+−==
dt
di
uERiu
dt
di

UERiu
dt
di
uERiu
ERiu
dt
di
Lu
d
ludd
d
Ludd
d
Ludd
udd
d
L








• Dòng điện liên tục
• Dòng điện gián đoạn
• Dòng điện ở biên giới gián đoạn

Đối với giá trị trung bình_thành phần một chiều

Đối với thành phần xoay chiều
()
:
n
I
σ
giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa

=>dòng điện được san phẳng tuyệt đối
6. Nhược điểm:
Khuyết điểm của các mạch chỉnh lưu là thất thoát từ đỉnh sóng đầu vào đến đỉnh
sóng đầu ra, gây ra bởi điện áp ngưỡng của điốt. Điện áp này xấp xỉ 0,7 vôn đối với điốt
thường, và 0,1 vôn đối với điốt Schottky. Các mạch chỉnh lưu nửa sóng, cả mạch chỉnh
lưu toàn sóng có 2 cuộn dây, sẽ có thất thoát
đỉnh sóng bằng điện áp rơi trên một điốt.
Các mạch chỉnh lưu cầu sẽ có điện áp thất thoát bằng điện áp rơi trên 2 điốt. Điều này
có thể thấy thất thoát này sẽ đáng kể đối với những mạch có điện áp cung cấp rất bé.
Hơn nữa, vì các điốt không thể dẫn khi điện áp dưới điện áp này, m
ạch chỉ có thể cho
dòng điện đi qua trong một phần của nửa chu kỳ. Vì thế sẽ có một phần nhỏ điện áp
bằng 0 xuất hiện xen kẽ với các đoạn có điện áp
I.5 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu
+
Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính
+ Nguyên tắc arcos
5.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính

GVHD: Nguyễn Đức Quang

SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
14

Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa


()
cdididi
c
uKUUU
uK
.coscos
.
00
==
=
α
α

5.2 Nguyên tắc arccos

Điện áp đồng bộ là một đường cosin









GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
15
Chương 3: Khái Quát Chỉnh Lưu Ba Pha

III.1 Chỉnh lưu tia ba pha


III.1.1.khái quát chung

Chỉnh lưu hình tia ba pha là sơ đồ cơ bản,từ đó có thể xây dựng nêm các sơ đồ
chỉnh lưu nhiều pha khác,phức tạp hơn có công suất lớn hơn,bằng cách nối tiếp hoặc
song song sơ đồ này. Vì vậy,tuy thực tế thì chỉnh lưu tia ba pha ít được sử dụng nhưng
về phân tích lý thuyết thì đây là sơ đồ rất qua trọng.
Một số khái niệm cơ b
ản hệ thống điện áp ba pha :Hệ thống điện áp ba pha bao
gồm ba điện áp một pha,có cùng biên độ cùng tần số nhưng lệch pha nhau 120.đây là hệ
thống điện áp do máy phát đồng bộ đưa ra và hệ thống điện áp truyền trên lưới
điện.Lưới điện nói chung và bao gồm ba đường dây chuyền tải ba pha với trung tính
thườnglà từ đất lên lên không cần dây trung tính.Hệ thống đi
ện ba pha bốn dây bao gồm
cả day trung tính chỉ có ở lưới hạ áp nơi thường có các phụ tải một pha .hệ thống điện
áp ba pha có thể mô tả dưới dạng biểu thức sau:
•
θ
sin
m
A
UU =
•
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
3
2

sin
π
θ
m
A
UU

•
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
3
2
sin
π
θ
m
A
UU
III.1. 2. phân loại:
Chỉnh lưu tia dùng diot
Chỉnh lưu tia ba pha
Chỉnh lưu tia dùng tiristor
A.chỉnh lưu hình tia dùng diot:(không điều khiển được)
1. sơ đồ
•

θ
sin
m
A
UU =
•
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
3
2
sin
π
θ
m
A
UU

•
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=

3
2
sin
π
θ
m
A
UU


GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
16
Hình 1

2. Ký hiệu:
Dòng tức thời qua linh kiện diodes công suất iD1,iD2, iD3
Điện áp trên linh kiện diodes công suất uD1 , uD2 , uD3
Điện áp và dòng điện tải ud ,id
Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id
Trị hiệu dụng áp pha nguồn U
Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1
Biên độ điện áp pha nguồn Um
3. Giả thiết:
- Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng,
đối xứng điện trở trong
của nguồn bằng không.

Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0.
Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục.
Mạch ở trạng thái xác lập.
4. Phân tích: Tại mỗi thời điểm chỉ có một linh kiện diode dẫn điện.
a. Xác định khoảng đóng ngắt khoá diodes.
- Để phân tích trình tự đóng ngắt các khoá diode ta dùng phép chứng minh phản
chứng
.



Xét trong khoảng [π/6÷5π/6]:

Giả sử D2 dẫn và D1, D3 ngắt ta có ;;

Xét mạch điện uA, uD1, uD2, uB theo định luật Kirshop



L
R
I
d
U
3
V1
Uv1
U
v2
Ud

U
v3
U1
V
3
U
2
V
2
GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
17


Trên giản đồ trong khoảng [π/6÷5π/6] ta thấy tức là D1 dẫn trong

khoảng này, điều này mâu thuẫn với giả thiết. Vậy D3 không thể dẫn trong khoảng này
.
Như vậy trong khoảng [π/6÷5π/6] chỉ có D1 có thể dẫn : Giả sử D1 dẫn và D2,

D3 ngắt ta có


Theo giản đồ ta thấy
phù hợp với giả thiết.

Theo giản đồ ta thấy

phù hợp với giả thiết.


GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
18


Hình 2: Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện
Kết luận : Linh kiện Diode ở pha nào có điện áp tức thời lớn nhất sẽ dẫn.

B.Phương trình trạng thái:

Khi D1 dẫn.

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
19

Trong khoảng
21
θ
θ
θ
〈〈
• Giả sử V2 mở
12111212
0
VVVV
uuuuuuuu ⇒
−
=
⇒
−
−
⇒=

=> không hợp lý
• Tương tự khi giả thiết V3 mở V1 mở nhịp V1

Nhịp V1
21
θ
θ
θ
〈〈
0;;
;;0
3211

1331221
=====
−
=
−
==
VVdVdd
VVV
iiIiiuu
uuuuuuu



Nhịp V2
32
θ
θ
θ
〈〈
0;;
;;0
3122
2332112
=====
−
=
−
==
VVdVdd
VVV

iiIiiuu
uuuuuuu


Nhịp V3
43
θ
θ
θ
〈〈
0;;
;;0
2133
3223113
=====
−
=
−
=
=
VVdVdd
VVV
iiIiiuu
uuuuuuu


C: tính toán điện áp chinh lưu trung bình
GVHD: Nguyễn Đức Quang

SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
20


d
U


2
m
U
2
U





θ


2
π
−
n
π
−
n
π

2
π


Hình 3 : điện áp
d
U của một chỉnh lưu n-pha

Ta sử dụng công thức cho trường hợp chỉnh lưu n_pha đưa ra ở hình ở trên. Hình trên
thể hiện dạng của điện áp có dạng đạp mạch n lần một chỉnh lưu điện áp lưới. mỗi lần
đập mạch chỉnh lưu lại lặp lại điện áp của một pha với độ rộng
n
π
2
. Để thuận tiện ta
biểu diễn điện áp theo hàm cosin như vậy khoảng cách đập mạch của điện áp lằm giữa
n
π
− và
n
π
điện áp trung bình bằng:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛

===
+
−
−
∫
n
U
n
U
n
dU
n
U
m
n
m
n
n
m
d
π
π
θ
π
θθ
π
π
π
π
π

sin
2
sin
2
cos
2
2
2
22


Đây là biểu thức tính giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình cho trường hợp tổng quát
chỉnh lưu n_ pha. Vậy với tia ba pha ta có với n=3 ta có:

222
17,1
2
63
2
33
3
sin
3
UUUU
mm
d
≈===
π
π
π

π




b . Chỉnh lưu dùng tiristor( điều khiển được)

1. Sơ đồ

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
21
V3
khau phat xung
Uv2 Uv3
U1
Ud
R
L
V1
Uc
Uv1
U2
V2
dieu khien
tin hieu
U3

Hình 4 :sơ đồ hình tia ba pha có điều khiển
Có tải thuần trở và tải trở cảm
« trong sơ đò điều khiển ta thay các diot bằng các thyristor trong các sơ đồ nhiều pha
góc điều khiển
α
được tính từ các điểm chuyển mạch tự nhiên,tại đó các sơ đồ diot các
diot tự chuyển mạch với nhau »

2.Kí hiệu :
Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất iT1,iT2, iT3
Điện áp trên linh kiện SCR công suất uT1 , uT2 , uT3
Điện áp và dòng điện tải ud ,id
Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id
Trị hiệu dụng áp pha nguồn U.
Trị hiệu dụng dòng điệ
n nguồn I1
Biên độ điện áp pha nguồn Um
3. Giả thiết:
Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của
nguồn bằng không.
Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0.
Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục.
Mạch ở trạng thái xác lập.

4.phân tích:

Góc điều khiển (α): là góc trễ so với góc mà nếu ở vị trí đó các diode sẽ dẫn, độ
lớn của nó được tính từ thời điểm xuất hiện áp dương trên Thyristor đến khi xuất hiện
xung kích ở cổng điều khiển.
Phạm vi góc điều khiển α là :

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
22
5. phương trình trạng thái:





GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
23


Hình 5: Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện

5. Hệ quả:
+
Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải).

GVHD: Nguyễn Đức Quang



SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
24

Như vậy bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu và
chuyển năng lượng về nguồn. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I và IV.
+ Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải).


+ Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu.

+ Dòng trung bình qua SCR.


+ Đặc tuyến điều khiển. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu :




không phụ thuộc vào tham số tải khi dòng tải liên tục.

III.2 Khái niệm và vấn đề điều khiển về chỉnh lưu cầu ba pha
1. khái niệm:

Chỉnh lưu cầu ba pha là sơ đồ quan trọng nhất trong các sơ đồ chỉnh lưu vì nó được
ứng dụng thực tế rộng rãi. Lý do là vì sơ đồ này có chất lượng điện áp ra tốt ,dòng đầu
vào có dạng đối xứng,khai thác tốt công suất huy động lưới điện hay máy biến áp.
Có thể coi chỉnh lưu cầu ba pha như một mắc nối tiếp của hai sơ đồ chỉ
nh lưu tia ba
pha. Các sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha đều có cấu tạo từ các dạng nối khác nhau của sơ đồ
nhiều pha cơ bản nhất đó là chỉnh lưu tia ba pha.
2. Vấn đề điều khiển của chỉnh lưu cầu ba pha:
Trong chỉnh lưu cầu ba pha ,tại một thời điểm bất kì dòng chảy phải qua ít nhất là
hai van,một thuộc nhóm catot chung,một thuộc nhóm anot chung. Vì v
ậy nhóm điều
khiển tiristor bằng các xung gắn thì sơ đồ sẽ không khởi động được hoặc không làm
việc được trong chế độ gián đoạn
Trong thực tế vấn đề này được giải quyết trông một trong hai cách sau đây:
+ Điều khiển bằng hệ thống xung kép,theo cách này mỗi tiristor khi nhận được
tín hiệu điều khiển mở xung điều khiển thì cũng được lắp
đặt lại ở tiristor đã làm việc
ngay trước nó. Như vậy ,mỗi tiristor sẽ nhận được hai xung điều khiển,mỗi xung cách
nhau
0
60
+ Điều khiển bằng xung rộng: theo cách này mỗi tiristor sẽ nhận được tín hiệu
điều khiển có độ rộng bằng
α
π
− ,nghĩa là trong suốt thời gian mà van có thể dẫn dòng
GVHD: Nguyễn Đức Quang

SV:Vũ Quốc Linh __Khoa:Kỹ Thuật Điện K10 page
25
. tuy nhiên việc chuyền các xung có độ rộng lớn qua các biến áp xung đòi hỏi công suất
mạch khuếch đại xung lớn và kích thước của biến áp xung cồng kềnh.
⇒ cách giải quết là băm xung có độ rộng lớn thành một chum xung có độ rộng nhỏ hơn
bằng cách trộn xung rộng với xung có tần số cao cỡ 8-10 KHZ,ứng với chu kì xung cỡ
s
μ
125100 −
cách này gọi là điều khiển bằng xung chùm rất phổ biến trong thực tế hình
trên mô tả điều đó.
3. Phân loại

Sơ đồ dùng điot

Sơ đồ dùng thyristor(có điều khiển)

Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng thyristor

Sơ đồ dung cả diot và thy (bán điều khiển)

3.1 Sơ đồ dùng diot (D1,D2,D3,D4,D5,D6)

D4
c
D3
D6
B
D5
R

D2
D1
Ud
C
b
A
a


3.1.1 tính toán các thông số của mạch
Để tính toán các giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình ta sử dungjcong thức tính tổng quát
cho trường hợp chỉnh lưu n_pha với n=6
=> ta có
m
l
m
ld
UUU
22
3
6
sin
6
π
π
π
==

Trong đó giá trị Um là giá trị biên đọ của dây ddienj áp day,biểu diễn ud qua điện áp
pha ta có :

222
34,2
6333
UUUU
m
d
≈==
π
π

Với tải thuần trở,dòng tải lặp lại như dạng điện áp cì vậy có thể biểu diễn dòng trung
bình qua giá trị biên độ,tương tự như công thức của điện áp chỉnh lưu như sau :

m
dd
II
π
3
=