Chuong 2 chỉnh lưu điện tử công suất

9/8/2013
1
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Giảng viên: TS. Khổng Cao Phong
Mã môn học: 4090213-4090227
Trường ĐH Mỏ - Địa Chất
Bộ môn Tự động hóa xí nghiệp Mỏ - Dầu Khí
T
1
u
2a
T
3
Z u
T
T
4
T
6
T
5
T
2
u
2b
u
2c
u
u
d
U

d

u
2a
u
2b
u
2c
u
2a
u
2b
u
2c
CHỈNH LƯU
Chương II
9/8/2013
2
2.1 Khái niệm - Phân loại
 Khái niệm
 Ứng dụng
 Phân loại
2.1 Khái niệm - Phân loại
 Khái niệm
 Ứng dụng
 Phân loại
Chỉnh lưu là thiết bị
dùng để biến đổi
nguồn điện xoay
chiều thành nguồn

điện một chiều,
cung cấp cho phụ
tải một chiều.
Mạ điện, truyền tải
điện một chiều cao
áp …
Theo số pha:
•CL một pha
•CL ba pha.
•CL n pha
Theo dạng sóng
•CL một nửa chu kỳ.
•CL hai nửa chu kỳ.
Theo khả năng điều khiển
•CL không điều khiển
•CL có điều khiển
•CL bán điều khiển
9/8/2013
3
2.2 Tính chất của u
CL
và i
CL
Điện áp tức thời chỉnh lưu
Thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu
Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
d d
u =U +u
δ
( ) ( )

d d d
0 0
1 1
U = u t dt u d
T 2
T T
= θ θ
π
∫ ∫
2.2 Tính chất của u
CL
và i
CL
d d
i =I +i
δ
( )
d
L d d
di
u =L =u - Ri +E
dt
d
d
U -E
I =
R
( )
( )
( )

U
I
R+ L
n
n
n
δ
δ
δ
=
ω
( )
d
L : I 0; i =I
d
nδ
→ ∞ →
9/8/2013
4
2.3 Chỉnh lưu hình tia
Sơ đồ chỉnh lưu hình tia không điều khiển
(
)
1 m
u =U sin
θ
2 m
2
u =U sin
m

 
π
θ−
 
 
3 m
2
u =U sin 2
m
 
π
θ−
 
 
( )
n m
2
u =U sin n-1
m
 
π
θ −
 
 
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Tải thuần trở (R)
 Tải trở - cảm (R-L)
 Tải trở - cảm – Sđđ
(R-L-E)

(
)
(
)
2 2 2
u = 2U sin t 2U sin
ω = θ
9/8/2013
5
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Tải thuần trở (R)
 Hoạt động
 Biểu thức
( )
2
2
d 2
0
2
1
U = 2U sin
2U
1,4 U
d
5
2
π
≈
π

θ θ =
π
∫
( )
(
)
2 d
tb.Va
2 2
2
d
0
n
d
0
2U sin
1 1
I = i d = d
2
2U U
I
2 R
= =
R R
π π
θ
θ θ θ
π π
=
π

∫ ∫
ng.max
2
U =
- 2U
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Tải trở - cảm (R-L)
 Hoạt động
 Biểu thức
d
d 2
d i
L + R i = 2 U S i n t
d t
ω
( ) ( )
R
-
2
X
d
2U
i = Sin - +Sin .e
Z
θ
 
θ ϕ ϕ
 
 

2
2 2
L.s.I(s)+R.I(s)= 2U
s +
ω
ω
( )
2 2
Z= R +X
X= .L=Zsin
= .t
L
=arctg
R
ω ϕ
θ ω
 
ω
ϕ
 
 
9/8/2013
6
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Tải trở - cảm (R-L-D
0
)
 Hoạt động
 Biểu thức

2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Tải trở - cảm – Sđđ
 Hoạt động
 Biểu thức
( )
d
d d d
2 d
d
d
di
u = L +R i +E
dt

2U sin khi: i >
0
u =

0 khi: i =
0

θ




9/8/2013
7
2.3 Chỉnh lưu hình tia

 Chỉnh lưu hai pha
(
)
(
)
21 2 2
u = 2U sin t 2U sin
ω = θ
(
)
22 2 21
u = 2U sin t- -u
ω π =
Chỉnh lưu hai pha
Hoạt động
2.3 Chỉnh lưu hình tia
9/8/2013
8
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu hai pha
 Biểu thức
( )
2
2
2
d d 2
0 0
1 1
U = u d = 2U Sin
2 2U

=0
2
.
d
U= 9
π π
θ θ θ
π
π
π
∫ ∫
d
d
2 2
2 2U 0,9 U
R
U
I = = ( L)
R
R-
R
≈
π
2
Diode tb.van Dio
0
d
de
1
I =I i d =

2
I
2
π
= π
π
∫
d
d
2 2
2 2U E 0,9U E
R
U E
I = = (R-L- )
R
E
R
− −−
≈
π
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu ba pha
(
)
2A 2
u = 2U sin t
ω
2B 2
2
u = 2U sin t-

3
 
π
ω
 
 
2C 2
4
u = 2U sin t-
3
 
π
ω
 
 
9/8/2013
9
Chỉnh lưu ba pha
Hoạt động
2.3 Chỉnh lưu hình tia
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu ba pha
 Biểu thức
2
d 2
2
3 2U
U = sin =
3
3 6U

1,17U
2
 
≈
π
π
 
π
 
d
d
2 2
3 6U 1,17U
;
2 R
U
R
I = = (R-L)
R
≈
π
d
d
2 2
3 6U -E 1,17U -E
;
2 R
U
R
-E

I = = (R-L-E)
R
≈
π
Diode tb.van
d
I =I =
I
;
3
9/8/2013
10
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Biểu thức tổng quát CL không điều khiển
 Chỉnh lưu m pha
( )
2
2
d 2
2
m m 2U
U = 2U sin d sin
2 m
m
m
π π
+
π π
−
 

π
θ θ =
 
π π
 
∫
d
d
U
I = ; (R-L)
R
d
d
U -E
I = ; (R-L- E)
R
2.3 Chỉnh lưu hình tia
Sơ đồ chỉnh lưu hình tia có điều khiển
( )
n m
2
u =U sin n-1
m
 
π
θ−
 
 
Thời điểm chuyển mạch tự nhiên
Góc điều khiển mở

9/8/2013
11
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Hoạt động
Góc điều khiển
Xung điều khiển
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu một pha
 Biểu thức
( )
d
d 2
di
L Ri 2U Sin t
dt
+ = ω +α
( ) ( )
[
]
ϕ
ϕϕ
θctg
2
d
.eαSinαθSin
Z
U2
i
−

−−−+=
2 2
L
Z R X ; X= L; =arctag
R
ω
= + ω ϕ
9/8/2013
12
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu hai pha
(
)
(
)
21 2 2
u = 2U sin t 2U sin
ω = θ
(
)
22 2 21
u = 2U sin t- -u
ω π =
Chỉnh lưu hai pha
2.3 Chỉnh lưu hình tia
9/8/2013
13
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chỉnh lưu ba pha
u

2A
T
1
u
2B
T
2
u
2C
T
3
Z u
d
(
)
2A 2
u = 2U sin t
ω
2B 2
2
u = 2U sin t-
3
 
π
ω
 
 
2C 2
4
u = 2U sin t-

3
 
π
ω
 
 
Chỉnh lưu ba pha
2.3 Chỉnh lưu hình tia
9/8/2013
14
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Biểu thức tổng quát
( ) ( )
( )
d
d 2
2
0
2
2
m m 2
U c os
U
U = 2U sin d sin cos
2 m
m
m
π π
+ +α
π π

− +α
 
π
θ θ = α
 
π π

= α

∫
d
d
U
I = ; (R-L)
R
d
d
U -E
I = ; (R-L-E )
R
2.3 Chỉnh lưu hình tia
 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc
 Chế độ chỉnh lưu
 Chế độ nghịch lưu
d d
P=U I >0
d
I 0
≥
d d0

U =U co 0s 0
2
⇒ α ⇔
π
≤ α ≤
≥
d d
P=U I <0
d
I 0
≥
d d0
U =U cos
2
0⇒ α ≤ ⇔
π
α ≥
u
d
i
d
P
u
d
i
d
P
9/8/2013
15
2.4 Chỉnh lưu cầu

 Chỉnh lưu cầu không điều khiển
Hoạt động
Chỉnh lưu một pha
9/8/2013
16
2.4 Chỉnh lưu cầu
 Chỉnh lưu không điều khiển
 Biểu thức
 Sơ đồ một pha
 Sơ đồ ba pha
2 2
d 2
2 2U 2 2U
U = sin = 0,9U
2
 
π
≈
 
π π
 
2 2
d 2
3 2U 3 6U
U =2 sin = 2,34U
3
 
π
≈
 

π π
 
9/8/2013
17
2.4 Chỉnh lưu cầu
 Chỉnh lưu có điều khiển
9/8/2013
18
2.4 Chỉnh lưu cầu
 Chỉnh lưu có điều khiển
 Sơ đồ một pha
 Sơ đồ ba pha
( ) ( ) ( )
2
2
2
d
2 2U
U = sin cos
2 2U
cos 0,9U c
2
o= sα
 
π
α
 
π
≈
 

α
π
( ) ( ) ( )
2 2
2d
3 2U
U =2 sin cos
3 6U
cos 2,34U
3
co= sα
 
π
α
 
π
≈
 
α
π
2.5 Chỉnh lưu bán điều khiển
 Chỉnh lưu bán điều khiển
9/8/2013
19
2.6 Chế độ dòng điện
 Dòng liên tục
 Dòng gián đoạn
( )
d
d 2

di
L Ri 2U Sin t
dt
E
+ + = ω +α
( ) ( ) ( )
z
sin 1 sin
Z Z
m m
d d z
U E U
i e i e
Z R Z
θ−θ θ−θ
− −
ωτ ωτ
 
 
= θ−ϕ − − + θ − θ −ϕ
 
 
 
 
 
9/8/2013
20
2.7 Hiện tượng trùng dẫn
T1 T2 d
i +i =I =co nst

T
k k
1 T2
2a 2b
di di
u - = Lu -
dt
L
dt
T2 T
2b 2a
k
1
dt dt
di di
- =u -u
L
 
 
 
⇒
( )
T2 k
k
k
di U
2 sin
d L
= θ
θ ω

( )
T2 k
i
k
T2 k k
k
0
U
di sin d
2L
θ
α
= θ θ
ω
∫ ∫
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
T2 k
k
k
k k
i cos cos cos
U
2X
cosI
= α − θ = α − θ
(
)

( )
d T2
T2
k 2 k k
d I -i
di
L - 6U sin 5 U si
d d
n
6
 
 
π
 
= θ+ = θ
 
 
 
 
ω
θ θ
9/8/2013
21
(
)
(
)
(
)
(

)
T2 k d
i I cos cos I
α + γ = α − α + γ =
( )
d
k
I
arccos cos
I
 
⇒ γ = α − − α
 
 
T1
d 2a k
T2
d 2b k
di
u =u -L
dt
di
u =u -L
dt








2a 2b
d
u +u
u =
2
⇒
Xác định góc trùng dẫn
Điện áp khi trùng dẫn
u
u
2a
u
2b
(u
2a
+u
2c
)/2
(u
2a
+u
2b
)/2
i
T1
i
T2
k
u

k
=u
2b
+u
2a
p u
u
2
γ
γ
×δ
∆ =
π
( )
( ) ( )
2b 2a k
2b k k k
k
k
k
k
d
u +u U
u u - d cos d
2 2
U
cos( ) cos( ) X
2
I cos( ) co
=

( )
IX
s
α+γ α+γ
γ
α α
 
δ = θ = θ θ
α − α +µ
 
 
= α − α +µ =
∫ ∫
k
pX
R
2
γ
⇒ =
π
dk
d
IpX
R
u I
2
γ γ
∆ =
π
=

u
u
2a
u
2b
(u
2a
+u
2c
)/2
(u
2a
+u
2b
)/2
i
T1
i
T2
k
u
k
=u
2b
+u
2a
Xác định độ sụt áp
p: số lần đập mạch
δu
γ

: sụt áp của một lần
CM
!Trường hợp CL cầu một pha
k
pX
R
2
γ
⇒ =
π
9/8/2013
22
2.7 Hiện tượng trùng dẫn
 Ảnh hưởng của trùng dẫn
 Điện áp trung bình chỉnh lưu
 Giới hạn góc điều khiển
( )
k d
d d0
X I
U =U cos pα −
π
( )
d
ax
k
I
cos = cos
I
m

α − π −δ
( )
d
ax
k
2I
cos = cos
I
m
α − π −δ
CL cầu một pha
2.8 Chỉnh lưu 4 góc phần tư
 Điều khiển riêng
 Điều khiển chung
III
III IV
9/8/2013
23
u
2A
T
1
u
2B
T
2
u
2C
T
3

Z u
d
Bộ điều khiển
U
đk
2.9 Điều khiển chỉnh lưu
 Chức năng: Tạo xung điều khiển phù hợp
 Thời điểm
 Công suất
Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính
2.9 Điều khiển chỉnh lưu
9/8/2013
24
Nguyên tắc arccos
2.9 Điều khiển chỉnh lưu
2.10 Câu hỏi thảo luận
 Xác định điện áp đặt lên các van
trong quá trình hoạt động.
 Xác định giá trị điện áp trung bình
chỉnh lưu với tải R-E.
 Xác định dạng sóng dòng điện xoay
chiều ở đầu vào chỉnh lưu.
 Nêu ứng dụng của chỉnh lưu
 Bài tập chương II