Tiểu luận môn học thiết kế hệ thống điện chuyên đề thiết kế bộ chỉnh lưu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
CHUYÊN ĐỀ:

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU
Họ và tên GVHD : ThS.Phan Thanh Hồng Anh
Nhóm thực hiện : Nhóm 2
Họ và tên SV

: - Đồn Hà Phúc Lâm
- Vũ Quốc Thắng
- Nguyễn Minh Đức
- Lê Thành Đạt

Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện
Lớp

: DH21DC

Vũng Tàu, tháng 03 năm 2023


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1.Thái độ tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
2.Hình thức, thể thức trình bày:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
3.

Kiến thức chuyên môn:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

4.

Đánh giá khác:
............................................................................................................................................

5.

Đánh giá kết quả:

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

ThS. Phan Thanh Hoàng Anh
Trang 2


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bà Rịa Vũng
Tàu đã đưa môn học điện tử cơng suất vào trương trình giảng dạy. Đặc biệt, em xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên bộ mơn – Thầy Phan Thanh Hồng Anh đã dạy
dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập vừa qua.
Trong thời gian tham gia lớp học của thầy, em đã có thêm cho mình nhiều kiến thức
bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc. Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức
quý báu, là hành trang để em có thể vững bước sau này.

Vũng Tàu, ngày 10 tháng 3 năm 2023
Nhóm thực hiện
Nhóm 2
.
.
.

Trang 3

Tiểu luận mơn học
*mục

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

lục

CHƯƠNG MỞ ĐẦU...................................................................................................................................1
0.1. Đặt vấn đề............................................................................................................................................1
0.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................................................2
0.3. Tính cần thiết của chuyên đề.......................................................................................................2
0.4. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của chuyên đề...................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................................................4

1.1. Bộ chỉnh lưu...........................................................................................................................................4
1.1.1. Chỉnh lưu khơng điều khiển: Diode................................................................................4
1.1.2. Chỉnh lưu có điều khiển: SCR hoặc thyristor.............................................................4
1.2. Chỉnh lưu 1 pha..................................................................................................................................5
1.2.1. Chỉnh lưu bán kỳ......................................................................................................................5
1.2.2. Chỉnh lưu toàn kỳ....................................................................................................................6
1.3. Chỉnh lưu 3 pha............................................................................................................................8
1.3.1. Chỉnh lưu tia..............................................................................................................................8
1.3.2. Chỉnh lưu cầu toàn phần.......................................................................................................9
1,3.3. Chỉnh lưu cầu bán phần......................................................................................................10
CHƯƠNG 2: (NỘI DUNG 1 CỦA ĐỀ TÀI)....................................................................25
2.1. Chỉnh lưu bán kỳ.............................................................................................................................25
2.1.1. Tính tốn cho tải (Diode)..................................................................................................25
2.1.2. Tính tốn cho tải (SCR).....................................................................................................25

2.2. Chỉnh lưu tồn kỳ...........................................................................................................................28
2.2.1. Tính tốn cho tải (Diode)..................................................................................................28
2.2.2. Tính tốn cho tải (SCR).....................................................................................................33
CHƯƠNG 3: (NỘI DUNG 2 CỦA ĐỀ TÀI)..........................................................................72
3.1. Giới thiệu về bộ chỉnh lưu cầu.................................................................................................72
3.1.1. Khái niệm..................................................................................................................................33
3.1.2. Phân loại....................................................................................................................................33
3.2. Chức năng và ứng dụng bộ chỉnh lưu cầu...........................................................................73
3.2.1. Nguyên lý hoạt động............................................................................................................73
3.2.2. Ứng dụng..................................................................................................................................73
Trang 4


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

3.2.3. Ưu và nhược điểm của bộ chỉnh lưu cầu.................................................

74

3.3. Sơ đồ bộ chỉnh lưu cầu ...................................................................................

74

CHƯƠNG 4: Bộ chỉnh lưu ................................................................................

96

4.1. Mô hình phần cứng

........................................................................................ 96

4.2.

Các linh kiện trong mạch................................................................................ 96

4.3.

Chức năng của các linh kiện .......................................................................... 97

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CHUYÊN ĐỀ
112
5.1.

Kết luận ......................................................................................................... 112

5.1.1. Những vấn đề đạt được................................................................................

112

5.1.2. Các mặt còn tồn tại......................................................................................

112

5.2.

Hướng phát triển của chuyên đề .................................................................... 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 5


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

CHƯƠNG:

MỞ ĐẦU
0.1. Đặt vấn đề
Trên thế giới, nhờ vào các khoa học đã phát triển tiến bộ mà đã tạo ra những dòng điện
để phục vụ và đáp ứng những nhu cầu thuận lợi cho con người.Tuy nhiên, để có thể tạo
ra dịng điện phù hợp với mỗi thiết bị điện tử, mà các nhà khoa học đã tìm tịi và tạo ra
bộ chỉnh lưu để có thể kiểm sốt, điều chỉnh dịng điện phù hợp với thiết bị.
0.2. Phương pháp nghiên cứu

Sơ đồ mạch chỉnh lưu
- Bộ chỉnh lưu cho phép chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một
chiều (DC) thơng qua các diode để biến dịng điện phù hợp các thiết bị điện tử.
0.3. Tính cần thiết của chuyên đề
- Nhờ vào bộ chỉnh lưu cho phép biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều giúp
con người có thể sử dụng được dịng điện phù hợp với các thiết bị điện tử.
0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của chuyên đề
-

Mục tiêu: nhằm tạo ra dòng điện phù hợp thiệt bị điện tử.

-

Nhiệm vụ: biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Trang 6


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1. Bộ chỉnh lưu
1.1.1. Bộ chỉnh lưu không điều khiển: Diode
-

Mạch chỉnh lưu thông thường không sử dụng diode để biến đổi dịng điện.
1.1.2. Bộ chỉnh lưu có điều khiển: SCR hoặc Thyristor

- Trong mạch chỉnh lưu thường sử dụng diode bán dẫn dùng để điều khiển dòng điện và
các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
1.2. Bộ chỉnh lưu 1 pha
1.2.1. Bộ chỉnh lưu bán kỳ
-Một mạch chỉnh lưu bán kỳ chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi
ngang qua diode, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của diode. Vì chỉ
có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền cơng
suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một diode bán dẫn trong các mạch
nguồn một pha.
1.2.2. Bộ chỉnh lưu toàn kỳ

-Mạch chỉnh lưu toàn kỳ biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một
chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện khơng có điểm giữa của biến áp
người ta sẽ cần đến 4 diode thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là
đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 diode để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X
dương, và 1 cho trường hợp điểm X âm. Đầu ra cịn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là
phải cần đến 4 diode. Các diode dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu.
1.3. Bộ chỉnh lưu 3 pha

1.3.1. Bộ chỉnh lưu tia

Là mạch biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện áp một chiều dùng 3 thyristor.
Điện áp trung bình ngõ ra được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian đóng, mở của các
thyristor.
-

1.3.2. Bộ chỉnh lưu cầu tồn phần

1.3.3 Bộ chỉnh lưu cầu bán phần
Các bộ chỉnh lưu 3 pha nửa sóng được sử dụng để chuyển đổi nguồn AC ba phần
thành nguồn DC. Ở đây, các công tắc là diode, và do đó chúng là các cơng tắc khơng được
kiểm sốt. Điều đó có nghĩa là khơng có cách nào để kiểm soát thời gian bật và tắt của các
công tắc này.
Trang 7


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

CHƯƠNG 2

Nội dung 1
2.1. Chỉnh lưu bán kỳ
2.1.1 Tính tốn cho tải (Diode)

*
-

Tại R:
V

V

Điện thế tải trung bình: V AV = 2πM (1+cosα ); V AV = πM

VM

- Dịng trung bình qua tải: I AV =

2πRL

P

-

Cơng suất trung bình trên tải:

-

Điện thế hiệu dụng: V RMS= 2M

AV

=V

AV

I

VM

(1+cosα ); I AV =

π RL

AV

V

V

- Dòng hiệu dụng: I RMS=

M

=

2 RL
Trang 8

IM

2


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

- Cơng suất hiệu dụng: PRMS=I2RMS RL

-Hệ số cơng suất: cos∅=

P

V

=

RMS

RMS

I

RMS

1

√ 2

ViIi

S

=

-Tính tốn cho một (Diode):
+

Dịng đỉnh qua mỗi Diode:

I

M

=I
¿1 Diode

+
Dịng trung bình qua mỗi Diode:
đặt lên mỗi SCR:

V

RM1

=V
Diode

I

AV

M

tai

=I
1 Diode

AV

tai

+Điện áp ngược cực đại

Mnguon

2.1.2 Tính tốn cho tải (SCR)

*
-

Tại R:
V

Điện áp tải trung bình: V AV = 2πM (1+cosα )
V

- Dịng trung bình qua tải: I AV =

AV

=
RL

VM

(1+ cosα)

2π RL
Trang 9


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

- Cơng suất trung bình trên tải:

P

AV

- Chú ý: khi α=0 (diode), ta có: V AV =

=I

VM

V

AV

;I

AV

AV

VM

=

π RL

π

V

- Điện thế hiệu dụng: V RMS= 2M √¿¿)

VM

- Dòng hiệu dụng: I RMS

=

α

2 RL (1− π

1/ 2

2π

) =

+

V RMS2

2

- Công suất hiệu dụng: PRMS=IRMS RL=

R
P

V

RMS

IM

sin2 α

RMS

I

α

V M2
(1−

4 RL

S

=

- Tính tốn cho một(SCR):
I

=I

+

Dịng đỉnh qua mỗi SCR:

+

Dịng trung bình qua mỗi SCR:

M

¿1 SCR

I

AV

M

tai

=I
1 SCR

+Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi SCR:

V

* Tại L

RM1

=V
SCR

Mnguon

AV

tai

+

)

)

π
2

RMS

Vi Ii

1 /2

sin 2 α

π

1 √

-Hệ số công suất: cos∅=

sin 2α

2 (1− π + 2 π

=
L

α

= √2

α
(1−

sin 2 α

π + 2 π

)


Trang 10


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

- Tính tốn cho tải (SCR):
+ Phương trình dịng tức thời qua cuộn cảm:

i(t) =

VM

ωt

Lω

∫α

VM
sinωtdωt=

Lω (cosω−cosωt )

+ Tính dịng tải trung bình:
I AV=

VM

¿

2 πLω

+ Chú ý: Khi β=π I AV =
Nếu thêm ĐK α=0
* Tại R-L

thì

I

VM
2 πLω
AV

=

¿

VM
2 Lω


Trang 11


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

V

-

Điện thế tải trung bình: V AV = 2πM (cosα−cosβ)

-

Dịng trung bình qua tải: I AV =2 πRM (cosα−cosβ )

-

Khi β=π: V AV =

V

V

M

2π (1+cosα ) trường hợp tải R

V

- Khi β=α+2 π ta có: V AV = πRM cosα

2.2 Chỉnh lưu tồn kỳ
2.2.1 Tính tốn cho tải (Diode)

Trang 12


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

- Điện thế tải trung bình: V AV =

2V

π

M

V

2 V

- Dịng trung bình qua tải: I AV = RAV = π RM
L

- Công suất trung bình trên tải:

P

AV

L

=V

AV

I

AV

Trang 13


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh
V

- Điện thế hiệu dụng: V RMS= √2M

- Dịng hiệu dụng:

I

RMS

VM

=

=

√2RL

- Cơng suất hiệu dụng:

PRMS=IRMS2

IM

√2
V 2M

RL =

2 RL

P

V

RMS

-Hệ số cơng suất: cos∅=

S

=

RMS

I

RMS

=1

Vi Ii

-Tính tốn cho một (Diode):
+ Dịng đỉnh qua mỗi Diode:

I

M

=I
¿1 Diode

M

tai

+ Dịng trung bình qua mỗi Diode:

I

I

AV

1 Diode

AVtai

=
2

+Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi SCR:
V

RM1

=2V
Diode

Mnguon

2.2.2 Tính tốn cho tải (SCR)
*Tại R


Trang 14

Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

- Điện áp tải trung bình: V AV

=

VM

V

-Dịng trung bình qua tải: I AV =
- Cơng suất trung bình trên tải:

P

(1+cosα )

π

VM

AV

(1+cosα)

¿

AV

=I

V

AV

π RL

RL
AV

2V M

- Chú ý: khi α=0 (diode), ta có: V AV =

2VM

;IAV=

π RL

π
VM

- Điện thế hiệu dụng: V RMS=

√2

VM

- Dòng hiệu dụng: I RMS=

α

√2RL

sin 2 α

(1 −

V

- Công suất hiệu dụng: PRMS=IRMS RL=

-Hệ số cơng suất: cos∅=
-

S

Tính tốn cho một(SCR):
I

V

RMS

+

Dịng trung bình qua mỗi SCR: I AV

¿1 SCR

M

1 SCR

=

*Tại L

RM1

=2V
SCR

M

nguon

2

2 RL

2

=

I AV

2

tai

√

α

(1−

RMS

tai

+Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi SCR:

V

I

=

Vi Ii

=I

Dòng đỉnh qua mỗi SCR:

M

RMS

VM

M

2 RL

=

+

2

α
(1 −

)=

2π

π

IM

❑

+

2

P

)

√ ¿¿

(1−

α
π

π
+

sin 2 α

1/ 2

+

)

2π
sin 2 α

π

+

sin2 α
2π

)

2π
)


Trang 15


Tiểu luận mơn học

GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh

+ Tính dịng tải trung bình:

I

AV

=
VM ¿
πLω

+ Chú ý: Khi β=π(khơng liên tục)
VM

I

AV =

+

Chú ý: Khi β=π(dẫn liên tục)

I

AV =

πLω

πLω

VM

[( π−α)cosα+sinα ]

[( π +cosα +2 sinα )]

*Tại R-L dòng ra gián đoạnβ <π +α

V

−R

( ωt−α)

- Dòng i(t): i(t) = ZM [sin (ωt−∅)+sin (∅−α) e Lω ]
Trang 16