Hướng đẫn thiết kế đtcs phạm quốc hải

PHAM QUOC HAI

01 11

enn uci

SU chi

THU VIEN DH NHA TRANG

lIIIIIIIllll

* 1000019667 %

NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT


PHAM QUOC HAI

EBOOKBKMT.COM
Thư viện tài liệu kỹ thuật miễn phi

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2009

LỜI NĨI ĐÀU
Điện tử cơng suất ngày càng có vị trí khơng thể thiếu được trong các hệ
thong sản xuất, nhất là trong lĩnh vực tự động hóa. Vì vậy yêu câu đào tạo kỹ sư

điện đồi hỏi sinh viên phải nằm được kiến thức cơ bản của điện tử công suất.

Cuốn sách “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất" nhằm phục vụ cho mục

dich này và nằm trong bộ sách về các vấn đề lý thuyết và thực hành điện tử

cơng suất do bộ mơn Tự động hóa, khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội thực hiện.

Cuốn sách gẫm 5 chương đề cập những vấn dé sau:

1
2

Điều chỉnh điện áp xoay chiều.

3.

Băm xung một chiều.

4.
5,

Chỉnh lưu.

Nghịch lưu độc lập và biến tân.

Mô phỏng kiểm nghiệm mạch thiết kế.

ĐỂ giúp người đọc nắm được các chỉ tiết trong thiết kế, trong mỗi đề mục

chính đều có tính tốn cụ thể với tổng số hơn 100 thí đụ và cuối mỗi chương dua
ra nhiều sơ đồ nguyên lý tổng thể. Mặt khác, để khẳng định khả năng hoạt động

của mạch thiết kế, trong nhiều thí dụ có đưa vào kết quả chạy mô phỏng mạch.
Đây cũng là một yêu cầu đối với các kỹ thuật viên: biết sử dụng cơng cụ mơ
phỏng trên máy tính để kiếm chứng thiết kế. Do đó chương 3 của cuốn sách
dành cho hướng dẫn tôm tắt cách dùng một số phần mềm thông dụng trong
nghiên cứu mạch điện lử công suất.

.

Phân cuối là phụ lục tra cứu các linh kiện bán dẫn và các phan tử liên
quan đến mạch điện, điện tử và điện tử cơng suất.

Cuốn sách là kết quả tích lũy kinh nghiệm nhiều năm hoạt động trong lĩnh
vực điện tử cơng nghiệp của tập thể bộ mơn Tự động hóa mà tác giả được đại
điện thực hiện. Vì thế tác giả xin chân thành câm ơn các thày cô của bộ mơn đã
đóng góp cơng sức lớn cũng như động viên tác giả để hoàn thành cuỗn sách này.
Cuốn sách chắc khơng thể tránh khỏi có những sai sót, tác giả cảm ơn
mọi ý kiến đóng góp cho cuốn sách của bạn đọc và xin gửi về địa chỉ: bộ mơn
Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

EBOOKBKMT.COM
Thư viện tài liệu kỹ thuật miễn phí

Tác giả

3


-

EBOOKBKMT.COM

-

Thư viện tài liệu kỹ thuật miễn phí

Chương I
„

CHÍNH LƯU

4.1. CAC THAM SO CUA CHINH LUU VA YEU CAU KY THUẬT

1.1.1. Cấu trúc chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu (BCL) dùng để biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cấp
cho tải. Lĩnh vực ứng dụng cia BCL rat rong rai vi chủng loại tải dùng đòng điện một chiều rất
đa dạng. Đó là các động cơ điện một chiều, cuộn hút nâm châm điện, role dién từ, bể mạ điện,

thiết bị điện phân... Tuyệt đại đa số các thiết bị điện tử cũng hoạt động ở điện áp một chiều nên

để lấy năng lượng từ lưới điện xoay chiều cũng phải thơng qua mạch chỉnh lưu. Vì vậy có thé

nói BCL là loại mạch điện tử cơng suất thơng dụng trong thực tế. Sơ đồ cấu trúc của BCL (hình
1.1) thường bao gồm các khâu sau đây.
Vin

BÁU

U2,

MY

Ud
Ig

MBK

LSB

Tai

.

KHT

Hình 1.1. Sơ đồ cầu trúc bộ chính lưu
BAL- biếnááp lực có chức năng chuyển cấp điện áp và số pha chuẩn của lưới điện sang

giả trị điện áp và số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu - tải. Nếu cả điện áp và số pha nguồn đã

phù hợp với tải có thể không cần dùng BA lực khi sử dụng sơ đỗ đấu van kiểu cầu; trường hợp

dùng sơ đồ đầu van hình tỉa ln bắt buộc phải có BA.

MV - mạch van, các van bán dẫn được đấu theo một kiểu sơ đỗ nào đó, ở đây trực tiếp

thực hiện q trình biến đổi dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều. Vì vậy đây là

khâu khơng thể thiếu được trong MCL.
MĐK

- mạch điều khiển. Khi MV sử dụng van bán dẫn điều khiển được (như thyristor)

sẽ có mạch này để thực hiện việc cho van dẫn dòng vào các thời điểm cần thiết nhằm khống chế

năng lượng đưa ra tải. Khi dùng van didt sẽ khơng có mạch này. Tùy thuộc van sử dụng

mà

các chỉnh lưu được phân thành ba loại sau:

e Nếu các van đều là thyristor thì gọi là chỉnh lưu điều khiển.

« Nếu van được dùng là đit, gọi là chỉnh lưu khơng điều khiển.

« Nếu mạch van dùng cả điột va thyristor, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển.
LSB - mạch lọc san bằng. Khâu này nhằm đảm bảo điện áp bay dòng điện ra bằng phẳng

theo mong muốn của tải. Nếu điện áp sau MV đã đạt yêu cầu, có thể bỏ khâu LSB.


HT - khối hỗ trợ, gồm các mạch giúp theo dõi và đảm bảo BCL hoạt động bình thường,

thí dụ như mạch tín hiệu, mạch đo lường điện áp và dịng điện, mạch bảo vệ, nguồn một chiều
ơn định cho mạch điều khiển và khống chế...

Nhiệm vụ của người thiết kế là xuất phát từyêu cầu kỹ thuật cụ thể của BCL để xây dựng

sơ đồ cấu trúc các khâu chức năng cần có. Từ đó tiển hành triển khai tính tốn tỉ mỉ từng khâu

để có một BCL hồn chính. Trong chương này sẽ trình bảy chỉ tiết trình tự thiết kế BCL,
trước
tiên người thiết kế phải có hiểu biết những van dé co ban trong thiét ké BCL duoc dé cập
trong
các mục đầu tiên đưới đây.

1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưu

Để phân tích và đánh giá BCL, thường dựa vào những tham số chính sau:
. Điện áp nguễn xoay chiều định mức: Utám (¥).

2. Tần số điện áp nguồn định mức: f (Hz) va pham vi biển thiên của nó.
3. Phạm vi biến thiên điện áp nguồn Uimin,Utmax hoặc độ biến thiên điện
áp tương đối so

với điện áp định mức:

Độ tăng điện áp: a; =

Độ giảm điện áp: b, = Ui

- Điện áp đầu ra một chiều định mức: Uaám (V).
ma

. Phạm vi điều chỉnh điện áp ra: Uamin; Udmax.

. Đồng điện tải định mức của bộ chỉnh lưu: Taam.

£

. Phạm ví biến thiên địng điện tải: lamin; lam.
Biên độ đập mạch điện áp ra: Uimax (đây là biên độ sóng hài cơ bản
của
chiềuở đầu ra theo khai triển Furier).

điện áp một

9. Hệ số đập mạch điện áp ra:

Kan =Stem
0

là tỉ số giữa biên độ sóng hài cơ bản và thành phần trung bình (hoặc khơng

đỗi) của điện áp ra. Hệ số này cảng nhỏ thì điện áp ra càng
phẳng hơn.
10. Nội

trở của bộ chỉnh lưu:

AU,1

r=

a

dU,
11. Điện trở động của chỉnh lưu: Tạ = a,
, (tỉ số giữa độ biến thiên điện áp ra do sự đột

biến về đồng điện tải gây ra).
12. Hiệu suất bộ chỉnh lưu: TỊ= ze › trong đó Pa
là cơng suất nhận
v

được

phía một chiều,


cịn Py là cơng suất tiêu thụ lấy từ nguồn điện xoay chiều.
1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật cần cho thiết kế
Để có thể thiết kế một BCL hồn chỉnh, cần biết trước các số liệu và yêu cầu kỹ
thuật sau.

1.3.1.1. Các số liệu và yêu cầu của nguồn

xoay chiều cẤp cho BCL

1. Giá trị định mức của điện áp xoay chiều: Uam (V).
2. Số pha nguồn.

3. Tần số lưới (Hz).
4. Độ dao động điện áp nguồn: AU.

5. Độ dao động tần số Af.

6. Độ mất đối xứng giữa các pha.
7. Độ méo điện áp nguồn.
8. Sụt áp đột biến lớn nhất: AUmax và thời gian tồn tại sụt ấp này: tAUmax.

1.3.1.2. Các số liệu và yêu cầu từ phía tải của chỉnh lưu
1. Điện áp ra tải định mức (giá trị trung bình): Uấm.

2, Phạm vì điều chỉnh điện áp ra và độ trơn điều chỉnh.

3. Phạm vi biến thiên của dịng điện tơi: lmin + lưmax.
4, Qui luật thay đổi dòng điện tải (nhanh, chậm, đột bién...).

5. D6 dao’ déng dién ap ra cho phép AUracp khi điện áp nguồn thay đổi trong pham vi
tối đa.
6. Nội trở nguồn chinh lưu hay AUa khi dong tải biển thiên từ lmin + max.
7. Tổng sai số điện áp ra cho phép dưới tác động của tẤt cả các yếu tố ảnh hưởng đến nó.
8. Điện trở động của nguồn (hay đặc tính tần số).

:

đập...
9. Điều kiện mơi trường làm việc của bộ chỉnh lưu: nhiệt độ, độ âm, độ rung, độ va
10. Độ tin cậy của bộ chỉnh lưu, hệ số dự phịng.

11. Độ chính xác điều chỉnh.
12. Phương pháp làm mát.
vỏ).
13. An toàn lao động (đầu ra chỉnh lưu được nổi vỏ hay phải cách li

14. Vấn đề bảo vệ q áp cho tải.

15. Các mạch tín hiệu hố cần có.

16. Thời gian khởi động nhỏ nhất, lớn nhất.
17. Các yêu cầu về kích thước và trọng lượng thiết bị.


18. Phương thức theo dõi và kiểm tra điện áp và dòng điện ra tái.

19. Hiệu suất của thiết bị.
20. Hệ số đập mạch điện ắp (hay dòng điện) ra tải cho phép.

Ngồi ra cịn có những địi hỏi khơng được để cập trong yêu cầu kỹ thuật Song
người
thiết kế bắt buộc phải thực hiện (như bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ các sự cố, phần
chỉ thị trạng

thái thiết bị...). Mặt khác nhiều khi người thiết kế phải tự xác định hoặc tự đưa ra
một số tham
số theo kinh nghiệm mà người đặt hàng không nắm được do không hiểu hết
các vấn để kỹ thuật

đặt ra.

1.2, NHỮNG YẾU TÓ ẢNH HƯỚNG TỚI THAM SỐ CHÍNH LƯU
Bộ chỉnh lưu cơng suất thường làm việc trong lưới điện công
nghiệp nên phải chịu ảnh
hướng của các phụ tải khác cùng chung nguồn với nó, hay
những biến động đo hệ thống cùng

cấp điện đem tới. Mặt khác tải cũng có ảnh hưởng đáng kế tới BCL. Vì vậy

cần biết điều này
để có thể tiên liệu các giải pháp phủ hợp khi thiết kế.

1.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn
Điện áp nguồn thường có độ dao động qui chuẩn là +5%, tuy
nhiên trên thực tế ở nhiều
khu vực có độ dao động điện áp lớn hơn nhiều và có thể lên
tới +10% và -20%. Độ dao động

điện áp này ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt đến điện ấp ra của mạch
chỉnh lưu. Ngoài ra cịn có
tác động thêm của các yếu tố sau:
1. Sụt áp trên đây dẫn nguén.
2. Biến áp nguồn cung cấp thường cho phép sai số về các mức
điện áp ra.
3. Các mạch chỉnh lưu có nội trở nhất định, khi nguồn biến động
dẫn đến điện áp ra thay

đổi làm xiòng tải biến thiên, vì vậy sụt áp trên nội trở sẽ thay đổi và tác
động trở lại

điện áp ra.

4. Dòng tải thay đổi làm điện trở dây dẫn thay đỗi.

VÌ vậy ngay cả khi điện áp nguồn ổn định, không thay đỗi thì các yếu tổ
trên đã làm điện
ắp ra sai lệch từ 3% đến 135%. Nếu cộng thêm ảnh hưởng của nguồn thì
sai số này lên tới 10%
đến 20%.

Khi sử dụng các mạch chỉnh lưu ba pha, độ mắt đối xứng
của điện áp nguồn sẽ làm xuất
hiện thêm sự sai lệch điện áp ra, mặt khác còn làm tăng độ đập
mạch.
Với các bộ chỉnh lưu công suất lớn (2 100 kW)
lai & xa trạm biến thể, cần cố gắng sử
dụng cấp điện ấp nguồn cao hơn dé giảm chỉ phí về dây
dẫn,

lớn

Khi các bộ chỉnh lưu làm việc trong một mạng
cấp điện có các động cơ điện cơng suất
cần chú ý ảnh hưởng của chúng. Lúc các động
cơ này khởi động sẽ làm xuất hiện Sụt áp

trên mạng có thể lên tới 20%. Độ sụt áp này có thể
làm cho bộ chỉnh lưu ngừng hoạt động do
tác động của mạch bảo vệ hay các phân tử khổng
chế (như rơie, công-tấc-tơ bị nhả ra). Như
vậy ta cần thiết kế mạch tác động trễ để chống
hiện tượng này: Còn khi các động cơ đang chạy
mà dừng sẽ gây ra các xung
8

điện áp trong thời gian ngắn (thường
không quá vài giây), tuy


nhiên nó có thể phá hỏng các phần tử nhậy áp như các van bán dẫn, tụ điện, hoặc đánh thủng

cách điện giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. Vì vậy khí thiết kế cần tính đến nó
để chọn các phần tử có đủ độ dự trữ về điện áp.

1.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn
Tần số nguồn cung cấp ảnh hướng lớn đến chỉ tiêu về trọng lượng và kích thước bộ chỉnh

lưu. Đa số các bộ chỉnh lưu làm việc với tần số 50 Hz; tuy nhiên cũng có một số làm việc với
tần số 400 Hz, có khi tới 1- 2 kHz. Nếu so sánh hai bộ chỉnh lưu có cùng các chỉ tiêu kỹ thuật
thì chỉnh lưu làm việc với tần số 400 Hz có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn 3 - 4 lần so với
loại làm việc ở tần

số 50 Hz. Về bộ lọc còn giảm đi tới vài chục lần. Tuy nhiên bộ chỉnh lưu ở

tần số cao hơn có tơn hao cơng suất và sụt áp trên dây dẫn lớn hơn, còn tụ lọc ở tần số cao cũng
có tốn thất cao hơn (và phải giảm độ đập mạch cho phép trên chúng).

Nếu nguồn xoay chiều có độ méo dưới 5 + 6% thì có thé coi nguồn là hình sin. Khi độ
méo lớn hơn sẽ làm chỉ số của dụng cụ đo lường (kể cả đo trị số hiệu dụng và trung bình) bị sai

lệch nhiều. Điều này thường xuất hiện khi nguồn yếu
dụng van thyristor hoặc các khuếch đại từ.

hoặc trong mạng có nhiều các thiết bị sử

1.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tải
Bat cứ một bộ chỉnh lưu nào cũng đều có nội trở, do đó khi dịng điện tải biến thiên sẽ

làm điện áp ra bị thay đổi. Vì vậy cần cố gắng giảm nội trở của bộ chỉnh lưu. Dây dẫn từ chỉnh

tưu đến tải cũng ảnh hưởng lớn đến nội trở chung, nhất là với các tải có điện áp làm việc thấp

và dịng tải lại lớn, trong những trường hợp này cần đặt bộ chỉnh lưu gần tối đa với tải.
Nếu dịng tải có khả năng biến đổi đột ngột sẽ làm tăng nội trở động của mạch chỉnh lưu.
Đặc biệt khi có mạch loc LC và lại rơi vào chế độ mà tần số các xung dòng điện bằng tần số

dao động riêng của mạch LC sẽ dẫn đến điện trở động lớn hơn rất nhiều so với nội trở tĩnh.
Ngoài ra mạch lọc loại nảy cũng sẽ làm xuất hiện các biến động điện áp khi đóng và ngất tải,

1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong bộ chỉnh lưu có khá nhiều phan tử chịu ảnh hưởng của nhiệt độ: tự hoá, điện trở

và nhất là các linh kiện bán dẫn như diét, transistor, thyristor... Dé đảm bảo bộ chỉnh lưu hoạt

động tin cậy và lâu đài phải tính đến tồn bộ các yếu tổ về nhiệt như: nhiệt độ môi trường, nhiệt

độ cục bộ, độ phát nhiệt trên các phần tử... sao cho các linh kiện và các phần tử không làm việc

6 gin mức giới hạn cho phép về nhiệt. Thông thường các linh kiện có độ dự trữ tối thiểu sau:
e Điện trở phải có độ dự trữ 1,5 về cơng suất phát nhiệt.
se Tụ điện phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp,

e Van bán dẫn phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp.

Với môi trường nhiệt đới cần tăng hệ số dự trữ cao hơn nữa.


1.3. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHAM VI UNG DUNG

1.3.1. Các sơ đồ chỉnh lưu chính
Số lượng sơ đồ mạch chỉnh lưu khá đa dạng, song chủ yếu là một số mạch cơ bản xem
trên hình 1.2, cdc tham sé cơ bản để đánh giá chúng và làm cơ sở để tính tốn phân tích và thiết

kế xem trong bang 1.1. Các mạch chỉnh lưu cơ bản gồm 9 sơ đỗ sau:
1.

Chỉnh hru một pha một nửa chu kỳ (chỉnh lưu hình tia một pha), hình 1.2a.

2.

Chinh lưu một pha có điểm trung tính (chỉnh lưu hình tia hai pha), hình I.2b.

3.

Chỉnh lưu hình tỉa ba pha, hình 1.2c.

4. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển, hình 1.2d.
$._ Chỉnh hưu cầu ba pha điều khiển, hình 1.2e.
6 ._ Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cần bằng (đấu song song hai mạch chỉnh lưu hình tia
bai

ba pha), hình 1.2g.

Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển có thyristor đấu thẳng hàng, hình 1.2h.

8.

Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển với thyristor đấu katơt chung, hình 1.2i,

9.

Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển các thyristor đấu katôt chung, hình 1.2k,

sy

—

T1

D2

h)

`

Pim

Rd

s

—

Tt

Ậ

D1

T2

D2

Rg

;

Aw]

D1

i

H2

TS

D2

_|p3

s

+)

Hình 1.2. Các sơ đỗ chỉnh lưu cơ bản
Trong các sơ đỗ trên khơng trình bảy mạch chỉnh lưu khơng điều khiển, vì chỉ cn thay

tồn bộ van thyristor bằng điêt là có mạch loại này; trong khi mục đích chính
của chỉnh lưu là

điều chỉnh được cơng suất ra tải theo u cầu thì chỉnh lưu điệt khơng đáp ứng
được. Tuy nhiên

khi tính tốn, cần lưu ý rằng chỉnh lưu mang cùng tên thì dù là khơng điều
khiển (dùng toàn
10


điêt), chính lưu điều khiển (dùng tồn thyristor), hoặc chỉnh lưu bản điều khiển đều dùng chung
một bảng tham số của kiểu đó, sự khác nhau chỉ thể hiện ở:
ø Chỉnh lưu điêt không cho phép điều chỉnh điện áp ra.
© Chinh lưu điều khiển và bán điều khiển cho phép điều chỉnh điện áp ra, song với qui luật

khác nhau. Tuy nhiên, khi điều chỉnh lớn nhất có thể, thì hai loại điều khiển cũng chỉ đạt
được điện áp ra bằng với chỉnh lưu điơt.

Chính vì điều này mà trong bảng 1.1 khơng có sự phân biệt về chính lưu điều khiển hay
khơng điều khiển.
Để có thể hiểu sự hoạt động của các chỉnh lưu này, cần tham khảo các tài liệu lý thuyết
liên quan. Do đó dưới đây chỉ đưa ra các nhận xét cơ bản về các mạch chỉnh lưu nhằm làm cơ
sở cho việc lựa chọn phương án mạch lực, và một số đồ thị làm việc đặc trưng mà khơng đi vào

phân tích chỉ tiết.

1.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưu
Tải cho chỉnh lưu có 3 dạng thường gặp sau:

1.3.2.1. Tải thuần tré Rd, hinh 1.3a. Dang tai nay được sử dụng để phân tích ngun lý

làm việc và tính tốn các tham số của mạch chỉnh lưu trong bảng 1.1. Dạng dòng dién tai ig
hoàn toàn giống với dạng điện áp nhận được ua. Trong thực tế ít gặp tải thuần trở.

1.3.2.2. Tải có tính cảm kháng (RdLd), hinh 1.3b. Dac điểm của tải dạng này là làm

dang đồng tải ia không giống đạng áp ua, nếu điện cảm đủ lớn sẽ làm đòng điện trở nên bằng
phẳng, nên ở các hình vẽ dưới đây đỗ thị dòng tải sẽ vẽ thẳng cho đơn giản. So với tải Ra thì tải
này gặp nhiều hơn, như các cuộn dây nam châm, cuộn kích từ máy phát điện xoay chiểu, kích

từ động cơ điện một chiều...
ig

Unc
a)

|

Uy [} Re
MV

la

fa

Vac

—
b) | MV

Ly

Rd
Ld

Uac

lg

—
2

MV

Ra
La
Eq

Hình 1.3. Cac dang tai của chỉnh lưu
Tải vừa có RdLa vừa có sức điện động E4 (gọi là tải RLE), hình 1.3c. Đây là dạng tải gặp
nhiều nhất trong thực tế, như: bé điện phân,

bể mạ, ácqui, sức điện động phần ứng của động cơ

điện một chiễu... Đặc điểm có dạng tải này có nhiều điểm chung với tâi RaLa, nhất là khi dong

điện tải phẳng, tuy nhiên Ea sẽ ảnh hướng đến trị số dòng tải vì thường có chiều chống lại điện
áp chỉnh lưu ua.
Nhìn chung, với các dạng tải trên của chỉnh lưu nêu trên, trong quá trình điều chỉnh điện
áp ra sẽ xảy ra hai trường hợp đối với đòng điện tải:

\.. Đồng tãi lạ bị gián đoạn, lúc cỏ lúc mắt, làm cho năng lượng không được cấp thường

xuyên cho tải, do vậy là không thuận lợi. Trường hợp này hay gặp ở tải thuần trở hoặc

tải có điện cảm La nhỏ.

il


2. Dong tai ia liên tực chảy, tải luôn nhận được năng lượng, và do đó là thuận lợi hơn.
Trường hợp này xảy ra khi điện cảm La đủ lớn. Vì dong tai liên tục fa ché độ Mơng

muốn nên thường tính tốn để có chế độ này.

Bang 1.1. Tham số của các mạch chỉnh lưu cơ bản
Thamsô= | Ug

hb

(a
Loại sơ đề ÙJ
Một pha một
nửa chu kỳ

Một pha có
điểm giữa

Một pha sơ
đồ cầu

Ba pha hình

ta

kali | Sba | AU,

Iv | Ungmax | 7,

I

"

Pa | Xalg ]
(kp)

Ay | mam | fam | kam

(ky)

(Hz)

045 |

ld | 141U2 Ì

157 |

1,21

3,09

9

0

0,9

1g/2 | 2,83 U2 | 0,88 [

1,11

1,48

—

1

1

Ig/21

1.11

1,23

—

0,9

1/41U2 | 111 |

1

2

2

1T

1/17 | Id3| 245U2 | 0,68 | 047 | 145 | —3

2

|-=|

2: | V3,

Ba pha sơ đồ
cầuA
Sáu pha hình
tia

Sáu pha có

cuộn kháng

2,34

‘a

| 2.48 u

d/3 |
i

1,35 |

Id/6[

1,17 |

1d/6|

A

2,

2 | 08161

2,83U2 | 0,29 |

2,45
“

u

U2 |

0,2!,29

0,816)

0,58

| 0,41
0,

1

3

1,05

1,56

‡, 2

6

—7
2a

2

1

50

1,57

2

100

0,67

2

100 |

0,67

3 | 150 | 025
300

x¬
VB

6

2

6

300 | 0,057

6

300 |

3
T

3

an |
—

1

B

cân bằng

Chủ thích bảng 1.1:
Uao - trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu điôt hay chỉnh lưu điều khiển khi ơ = 0.
U; - trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn.

Wy ~ tri số trung bình của dịng điện qua van.
ngmax - điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc.
b - trị số hiện dụng dòng điện cuộn thứ cấp biến ấp nguồn.

la - trị số trung bình dịng điện ra tải.
II

- trị số hiệu dụng dòng điện cuộn sơ cấp biến áp nguồn,

kba - hệ số máy biến áp nguễn.

Sta - cơng suất tính tốn máy biến áp nguồn.
Pa

12

- công suất một chiều trên tải: Pa = Uaola.

AUy - sụt áp do điện cảm phía xoay chiêu La gay ra:

0,057

0,05
h

7


AUy = kyXald = ky2nf.La la

(1)

mgm - số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu ky lưới xoay chiều.

fam - tần số sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh lưu, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu theo
quan hé: fam = mamfi; trong đó ft là tần số lưới điện xoay chiều. Số liệu trong bảng lấy theo tần
số lưới điện của Việt Nam là fi = 50 Hz.
kam - hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu: k„„= TP

„ trong đó Uim là biên độ sóng hài
d

co ban của điện áp chỉnh lưu theo khai triển Furier.

hy - hệ số sơ đồ để tính góc trùng dẫn y theo biểu thức chung:
cos(a+ ÿ) =cosœ—h.

X.12
' 2U,

a2

1⁄2

1.3.3. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ (hình 1.2a)

Đồ thị làm việc với tải thuần trở trên hình 1.4. Do các chỉ tiêu kỹ thuật kém (bang 1.1),

loại này chỉ dùng cho tải rất nhỏ (dưới 100 mA), thường đùng phương pháp lọc bằng tụ điện.

Riêng khi mach có thêm diét đệm Do thì có thể đàng cho tải có tính điện cảm lớn như cuộn hút

nam châm, cuộn đây kích từ của máy phát điện, ly hợp điện từ... với dòng tải lớn đến vài chục
Ampe. Luật điều chỉnh là:

l+cosơ
te =U gS

3

U,

‡#

?

%

đà

Trong đó:

© Ugo là tham số tra trong bảng 1.1 có được

Udo = 0,45U2 (U2 1a tri số hiệu dung cha dién 4p
xoay chiều đưa vào mạch van.
œ được gọi là “góc điều khiển”, hoặc “góc mở
thyristor”. Thực chất đây là góc độ điện tương

ứng với thời điểm có xung điều khiển xuất hiện

kể từ khi điện áp giữa hai cực A - K của

thyristor la duong, Trén dd thj hinh 1.3 géc

này được tính từ thời điểm qua không của điện

|

fl

fl

6

:

:

!

l4

.
irc,

áp nguễn khi giá trị điện áp chuyển từ âm sang _ inh 1.4. Dé thị chỉnh lưu¿ một pha
dương, Theo biểu thức (1.1) ta thấy rằng a là

tham số điều chỉnh duy nhất của điện áp ra tải,

một nửa cÍtu kỳ tải thuần rở

do tham số U¿ là cế định.

e Uao là giá trị điện áp ra tải lớn nhất mà chỉnh lưu điều khiển có thể đạt tới, tức là nó
tương ứng với trường hợp điều khiển với œ = 0, đây cũng là giá trị điện áp của chỉnh lưu

điệt. Như vậy có thể hiểu ký tự “o” ở đây vừa như điện áp Ua(œ = 6), vừa như điện áp

của chỉnh lưu “không” điều khiển.

13


Theo đồ thị với tải thuần trở ta thấy khi điều chỉnh điện áp ra thì dịng tải ln bị gián
đoạn.

`

1.3.4. Chỉnh iưu hình tia hai pha (hình 1.2b)
Mạch này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ, nhất là phần nguồn cho mạch điều

khiển. Với cấp điện áp dưới 100V và dịng tải khơng lớn hơn vài Ampe thường dùng lọc bằng
tụ điện. Trường hợp dùng lọc kiểu điện cảm thì dịng điện tải cho phép tăng đến hàng chục

Ampe. Loại chỉnh lưu này chiếm ưu thế so với chỉnh lưu sơ đỗ cầu khi điện áp ra tải thấp dưới
10 V do sụt áp trong mạch van thấp hơn. Nhược điểm chính của chỉnh lưu hình tỉa là buộc phải

có biến áp nguồn để tạo điểm giữa cho mạch hoạt động được, mặt khác công suất của máy biến

áp lớn gấp 1,5 lần so với công suất một chiều cần thiết của tải. Hình 1.5 là đỗ thị minh hoạ hoạt

động với các dạng tải, lạ là các xung dòng điện đưa vào cực điều khiển của các thyristor ở thời
điểm góc œ qui định, xung của hai ván cách nhau đúng một nửa chu kỳ điện áp nguồn (180°

điện).

® Với dạng tải thuần trở (hình 1.5a) dòng ia đồng dạng với ua và cũng tuân theo luật (13)
với một sự khác biệt là Udo = 0,9 U2 (theo bang 1.1).
« Hai dạng tải kia, với giả thiết là điện cảm La đủ lớn để coi đòng điện tải ig liên tục và

phẳng (đỗ thị hình 1.5b), sẽ có chung một qui luật điều chỉnh:
Ug, = Ugg cosa — AU

(1.4)

Trong đó: AUy. là sụt áp do chuyển mạch trùng dẫn được tính theo biểu thức (1.2).
Ọœ

U2

x

2u Ky

of

fl

0

6

Hình 1.5. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu hình tìa bai pha
4) Tải thuần trở; b) Tài RL hoặc RLE (dòng liên tục)

Sự khác biệt giữa hai đạng tải thể hiện ở biểu thức dịng tải:
®

TảiRL:l¿= se

(L5)

(1.6)
14

4.3.5.

Chỉnh lưu ba pha hình tỉa (hình 1.2c)

Chinh lưu dạng này có các đặc điểm tương tự chỉnh lưu tia một pha: cần có biến áp

nguễn để có điểm trung tính đưa ra tải, cơng suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều

1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp làm việc thấp.
Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm Ampe), mặt
khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng
nhỏ đi.

Hình 1.6 là để thị làm việc với các dạng tải, Có một số lưu ý sau:
« Điểm tính góc điều khiển của các van không phải ở điểm qua 0 của điện áp nguồn, mà
chậm pha hơn một góc 30° điện, tương ứng với điểm giao nhau của điện áp pha nguồn.

Xung điều khiển các van lệch nhau một phần ba chu kỷ, tức 120” điện.

e Giá trị Udo = 1,17U2.

« Với tải thuần trở có đỗ thị hình l.6a, có thể là:

« Dịng điện tải gián đoạn khi œ > 30” với qui luật điều chỉnh gần với (1.3):
Usa = Veo

1+ cos(a + 30°)

(1.7)

v3

= Dong điện tải liên tục khi ø < 30° với qui luật điều chỉnh:

Uy, = Ugg coset

(1.8)

Voi tai RL hay RLE (hinh 1.6b) các qui luật tương tự chỉnh lưu hai pha hình tỉa, tức là

tuân theo các biểu thức (1.4); (1.5); (1.6).

°

:

‘an

iực|

‘gal
|

;
7

'
fl

:

:
‘

©
9

‘a

‘92

loa}

PN

Bê

:
Phản

|

a)

OSA

:
clones

|

ine’

+—†———

mE

a

!

‘

a
b)

†

N

i

+ ——:

po
.

Hình 1.6. Đề thị làm việc của chỉnh lưu hình tỉa ba pha

a) Tai thuần trở (dòng tải gián đoạn); b) Tải RL hoặc RLE (dòng tải liên tục)

4.3.6. Chỉnh lưu cầu một pha (hình 1.2d)

Chinh lưu cầu được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, nhất là với cắp điện áp ra từ 10 V

so
trở lên. Dịng tải có thể lên tới một trăm Ampe. Một trong những ưu điểm hơn hắn của nó

với chính lưu hình tia là khơng nhất thiết phải có biến áp nguồn: khi điện áp ra tải phù hợp với

45


cấp

điện áp nguồn xoay chiều ta có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh

lưu vào lưới điện. Do số

lượng van phải gấp đơi sơ đồ hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng tăng gấp đơi, vì vậy nó

khơng thích hợp với tải cần đòng lớn nhưng điện áp ra lại nhỏ. Để đưa dịng điện ra tải hiơn cần

có hai van dẫn, vì vậy xung điều khiển cũng phải đưa tới hai van cùng một thời điểm: lạ: đồng

thời với lạa; Ig› cùng với lzs (trên đồ thị hình !.7 thể hiện chúng chỉ trên một trục).
cx,

U2 ox

%v¬

lợi,
2
93,
Ig4

Fink 1.7, Đồ thị làm việc của chỉnh lưu hình tìa
ba pha
4) Tải thuận trở (dòng tải gián đoạn); b) Tài RL hoặc
RLE (dong tải liên tục)
Qui luật điều chỉnh của chỉnh lưu cầu một pha với
các dạng tải hoàn toàn tương tự chỉnh
lưu hình tia hai pha (mục 1.3.4), các tham số cũng
gần tương tự, chỉ khác về công suất máy

biến áp và điện áp ngược cực đại trên van (bảng
1.1).

1.3.7. Chỉnh lưu cầu ba pha (hình 1.2e)

Đây là loại được sử dụng nhiễu nhất trong thực tế.

Uu diém:
« Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha;
® Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%);

® Cơng suất máy biến áp cũng chỉ xắp xi công suất
tải, đồng thời gây méo lưới điện ít hơn

các loại trên.

Nhuege diém: sụt áp trên van gắp đơi sơ đồ hình tia vì ln có
hai van dẫn để đưa dịng ra
tải, nên sẽ khơng phù hợp với cấp điện áp ra tải đưới
10
V,

Do có nhiều tu điểm vượt trội như đã nêu, chỉnh lưu
cầu ba phá được ứng dụng rộng rãi
với dải công suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng
nghìn kW.
Mạch van được đầu thành hai nhóm: nhóm van đánh
số lẻ đấu chung katơt; nhóm đánh số
chin dau chung anôt. Để điều khiển van, cần tuân
thủ một số qui luật sau (xem hình 1.8).

16

© Với thyristor của nhóm đấu katơt chung,
điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm giao
nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng
ở nửa chu kỳ điện đp dương,
® Với thyristor của nhóm anơt chung, điểm
mốc đễ tính góc điều khiển là điểm giao
nhan
của các điện áp pha nguồn khí chúng ở nửa
chụ kỳ điện áp âm.

tụ

xe

tên Lets vont

NNW

bì

Hình 1.8. Đỗ thị làm việc của chỉnh lưu cầu ba pha
a Góc điều khiển và dang xung mo van;

b) Dé thi đồng điện

« Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ T¡ đến Tạ cách nhau 60°
điện; cịn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120”.
e Để thơng mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, trong đó mỗi nhóm phải có một van tham
gia, do đó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc, Vì vậy dạng xung

là xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc điều khiển cần có, xung thứ hai là

đảm điều kiện thông mạch, thực tế là xung của van khác gửi đến: thí dụ xung lạ của van
T, đồng thời gửi đến van Tạ, sau đó đến lượt xung của T; sẽ gửi đến cho van Tì...
Qui luật điều chỉnh:
© Giá trị Udo = 2,34U2.

e Với tải thuần trở (đỗ thị hình 1.8a), có thể là:

" Dịng điện tải gián đoạn khiø > 60” với qui luật điều chỉnh dạng (1.3):

(1.9)
® Uạy = U¿g[]+ cos(œ+ 60°)]
® Dong dién tai liên tục khi œ < 60° voi qui luật (1.8):
Ug, =Uy cosa

Với tải RL hay RLE (dé thi hinh 1.8b, 6 dé không vẽ ảnh hưởng của trùng dẫn) các qui

luật vẫn tuân theo các biểu thức (1.4); (1.5); (1.6).

4.3.8. Chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng {hình 1.2g)
Trong trường hợp cần dịng tải rất lớn (hàng nghìn, vạn Ampe), người ta phải đấu song

song nhiều mạch chỉnh lưu cơ bản cùng loại đã kể trên. Để phân bố dòng điện đều
Gi
mạch với nhau cần dùng các cuộn kháng được gọi là cuộn oat
các cuộn kháng “san bằng” làm nhiệm vụ lọc). Trong, số này côi a

2TKĐT

ita các


lưu cầu ba pha và hình tia ba pha. Với cấp điện áp thấp người ta chỉ dùng hai sơ đồ hình tia đấu
Song sơng qua cuộn cảm cân bằng và có tên gọi riêng là “chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân

bằng”.

Như vậy chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng thực chất là hai mạch chỉnh lưu
ba
pha hình tia đấu song song với nhau, nhờ có cuộn kháng mà chúng hoạt động độc lập

không bị
ảnh hưởng lẫn nhau. Hình 1.9 là đồ thị mơ tả sự hoạt động của hai mạch chỉnh
lưu và điện áp ra
tải là bình quân của hai điện áp này, và điện áp ra tải chỉ bằng chính điện
áp của một bộ (vì hai
bộ nguồn đấu song song ). Tuy nhiên, theo dạng để thị ud nhận được,
thấy rằng:

* Độ bằng phẳng điện áp ra tốt hơn hẳn của chỉnh lưu hình tia ba pha,
điều này thể hiện ở
hệ số đập mạch của sơ đồ này bằng với sơ đỗ cầu ba pha.
® Dịng qua van chỉ là 1/6 của dịng tải, so với sơ đồ cầu giảm được
hai lần, trong khi số
lượng van của hai mạch ngang nhau: sáu van.
® Chỉ có một van dẫn dịng ra tải nên sụt áp trên van thấp hơn
sơ đỗ cầu, vì mạch cầu bao
giờ cũng phải có hai van dẫn.
Chính vì các đặc điểm nảy mà chỉnh lưu sáu pha có cuộn
kháng cân bằng rất thích hợp
với đạng tải địi hỏi điện áp tải rất thấp nhưng dịng rất lớn,
như cơng nghệ mạ điện...

Unit

8

B

a)

f

A

lai

xno?

Bị}

œ(=309

Hình 1.9, Đã thị làm việc của chỉnh lưu sảu pha có cuộn
kháng cân bằng

4) Trường hợp œ= 0; b) Trường hợp a= 30°

Nhược điểm chính của sơ đồ này là địi hỏi phải có thêm
cuộn kháng cân

bằng và buộc
phải dùng biến áp trong khi công suất của hai thiết bị này đều
lớn. Mặt khác không cho phép
điều chỉnh điện áp đến bằng khơng, vì lúc đó cuộn kháng mắt tác
dụng cách ly hai mạch chỉnh

lưu, nên mạch sẽ chuyển sang chạy ở chế độ chỉnh lưu sáu
pha bình thường, và như vậy sẽ mắt
hầu hết các ưu

điểm vốn có của nó.

1.3.9. Chỉnh lưu bán điều khiển (hình 1.2.h, i, k)
Chi các sơ đồ cầu có loại mang tên “bán điều
khiến", trong đó một nửa số van là điều
khiển (thyristor), mira cdn lai dùng van không
điều khiển (điôt).

18


Chỉnh lưu bán điều khiển có ưu điểm là:
® Đơn giản hơn cả về lực và điều khiển;

© Cho phép đấu trực tiếp mạch điều khiến với mạch lực khi các thyristor chung katốt;
« Giá thành rẻ hon;
e Tiết kiệm năng lượng hơn (hé sé cose cao hon chỉnh lưu
những giai đoạn làm việc, dòng tải sẽ chảy quản qua hai
về nguồn, tức lànăng lượng được giữ trong tải mà không
các giai đoạn mà nếu với chỉnh lưu điều khiển thì điện áp
các van thẳng hàng dẫn làm ngắn mạch đầu ra.

điều khiển). Điều này là do có
van mắc thẳng hàng mà khơng
mất về nguồn. Trên đồ thị đó là
ud âm, còn ở đây lại bằng 0, do

Nhược điểm chung của loại này là:
se Khơng thực hiện được q trình nghịch lưu;

« Khơng ứng dụng được cho các tải địi hỏi phải đão chiều dịng tải (chính tưu đảo chiều).
‘aif

”

fl

1

44 ” (\
Im

'

i

ra
IS

a

s Si

TẾT

i

!

OL.

TỊ

‘DH

Dy

J]

°

|

ẹ

ng

ï

‘Dir

fl

44 J (\ TỰ:
tị

kG

:

Ee

,

|T+Q

ï

1

"1

ye
14

!

tị

|

a

Tt

ki

9

NI a

'

ar

6

8

ni

!

w
ino

T2:

2h

;

os

HH

D2.

Iq

a!1,

N Tự
"
+

!

ọ

>9

ee,
:

rl:

ọ

i

)

‘bt

:

isa

ọ

Tr!

ep

‘Tze

:

‘

8

8

02:

ld

a)

9

te

,

bì

Hình 1.10. Đồ thị chính lieu bắn điều khiển một pha

a) Sơ đồ thyristor mắc thẳng hàng; b) Sơ đồ thyristor mắc katôt chung
Trong thực tế chỉnh lưu bán điều khiển khá thông dụng cho các ứng dụng khơng địi hỏi

đảo chiều dịng điện tải như các bộ điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều, bộ nạp acqui

tự động...
Cần lưu ý rằng khi tính tốn thiết kế, chỉnh lưu bán điều khiển được lẫy theo tham số của
chỉnh lưu điều khiển (dùng tất cả van là thyristor) cùng loại mà khơng có bảng tham số riêng,

19


Chỉnh lưu bán điều khiển thường làm việc ở chế độ dịng điện liên tục và có chưng qui

luật điều chỉnh đạng:

Uda = Vag

1+cosa

2

Can biéu thie tinh dang tai theo (1.5) néu 1a tai RL, hode (1.6 nếu là tải RLE.
Luật phát xung điều khiển cho cầu bán điều khiển một pha tương tự cầu điều khiển một

pha (hình 1.7). Hình 1.10 là đồ thị minh hoạ cho chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển với
tải
RL hoặc RLE khi dòng tải là liên tục. Khoảng ngắn mạch đầu ra ở sơ đề 1.10a là khi các điệt

Đ¡D; cùng dẫn, còn trong sơ đồ 1.10b là khi T,Ðị hay T;D; dẫn,

Với loại ba pha thì luật phát xung điều khiển thyristor mạch bán điều khiển
khác mạch
điều khiển, mặc dù mốc tính góc điều khiến thì vẫn tương tự nhau. Ở đây
không cần dùng xung
kép mà chỉ dùng xung đơn là được, do các diét tự động dẫn ngay
khi có thyristor dẫn. Hình
1.11 là đồ thị minh hoạ hoạt động của sơ đỗ này cũng với dang tải
RL hoặc RLE và trong chế
độ dòng điện liên tục. Các thyristor thay nhau dẫn theo thứ tự, và
các didt cũng vậy. Ta thấy

vẫn có những giai đoạn mà hai van thẳng hàng dẫn, làm ngắn mạch
đầu ra: T¡Đ¡, TạD:, TyD;,

Có một điểm cần lưu ý là trên đồ thị uạ điện áp ra chỉ có ba lần
đập mạch chứ khơng phải sáu

lần'như cầu điều khiển, do đó độ bằng phẳng

điện áp ua của bán điều khiển kém hơn.

tụ

aST

Trong thực tế, để có thể lấy được các ưu

Ug

điểm của chỉnh lưu bán điều khiển, đôi khi

người ta đấu song song đầu ra chỉnh lưu điều

khiển một điệt Dạ (xem hình I.2a) gọi là điệt
đệm, tác dụng của điôt này làm cho mạch hoạt

động tương tự như chỉnh lưu bán điều khiển.

1.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC

Ud

Trong các mục trên ta thấy để thiết kế một

mạch chỉnh lưu chỉ tiết cần biết khá nhiễu yêu

cầu kỹ thuật và các chỉ tiêu cụ thể. Tuy nhiên

những yêu cầu này thường khó cỏ thể nắm bất

'

được đầy đủ, vì vậy khi thiết kế trước tiên chỉ

dựa vào một số yêu cầu tối thiểu để đưa ra một
vài phương án mạch lực đủ cho thiết kế sơ bộ

ban đầu. Sau đó tiến hành thiết kế chỉ tiết các

phương án đưa ra nhằm so sinh day đủ hơn để

đi đến một phương án cuối cùng. Những yêu cầu

khác sẽ được triển khai theo phương án duy nhất

được chọn.

'D

id

habe t ha 2
ak

Hình 1.11. ĐỒ thị của chỉnh tru cầu ba pha
bán điều khiển (dòng liên tực)

1.4.1. Cac yéu cầu tối thiểu
Dé có thể tiễn hành thiết kế sơ bộ cần biết các yêu cầu
sau;
20

:


1. Điện áp ra tái định mức (giá trị trung bình): Usa

2. Phạm vi điều chỉnh ua và yêu cầu điều chỉnh (trơn hay nhảy cấp, số cấp...)

3. Dòng điện tải định mức (giá trị trung bình): Taam

4. Tính chất tải và phạm vi thay đổi tải.
5. Hệ số đập mạch ra tải (độ phẳng của điện áp ra tai): kam

6. Nhiệt độ môi trường lâm việc: tm
Dựa vào các chỉ tiêu này đã có thể phác thảo sơ bộ phương án mạch lực. Độ chính xác

của phương án đưa ra phụ thuộc vào kiến thức tổng hợp và kinh nghiệm thực tế của người thiết

kế. Kết quả của lựa chọn phương án phải đạt hai mục đích sau:
« Chọn được sơ đồ mạch lực.

ø Xác định bộ chỉnh lưu có cần bộ lọc hay khơng và nếu cần thì đùng loại gì.
1.4.2. Chọn sơ bộ phương án
Dưới đây là 4 chỉ dẫn có tính định hướng để dùng làm yêu cầu đầu bài cho giai đoạn lựa

chọn phương án:

1.4.2.1. Sử dụng hai tham sé Udem, laam và dựa vào bảng về các tham số chính (bảng 1.1)

cho phép xác định mạch chỉnh lưu và công suất đặt của thiết bị, Từ đó:

a. Với cơng suất tải Pa = (Uấm.ldám) < 5 kW có thể dùng chỉnh lưu loại một pha. Còn
trường hợp Pa > 5 kW nên đùng chỉnh lưu ba pha.

b. Nếu điện áp Uaøn thấp, khoảng (10 + 30) V nên dùng các sơ đồ hình tia. Nếu điện áp
Uấm cao hơn nên dùng sơ đồ hình cầu, và với trị số nguồn xoay chiều phù hợp nên ding
cách mắc thắng mạch chỉnh lưu vào lưới điện để tránh mắt thêm một biến áp nguồn.
e. Nếu dòng điện tải rất lớn (hàng nghìn Ampe) và điện áp thấp nên dùng chính lưu sáu

pha có cuộn kháng cân bằng. Trường hợp điện áp cao thì dùng sơ đồ cầu, trong đó có thể
dùng phương pháp đấu song song các van dé ting dòng hoặc đấu song song nhiều mạch
cầu để phân dịng tải.

1.4.2.2. Cơng suất biến áp (nếu cần) xác định sơ bộ theo quan hệ trong bảng 1.1. `
1.4.2.3. Yêu cầu về hệ số đập mạch cho ta biết có cần bộ lọc một chiều hay khơng. So

sánh hệ số đập mạch cần có với hệ số đập mạch của các bộ chỉnh lưu (bảng I.1).

Nếu kam của chỉnh lưu đã chọn không thoả mãn (lớn hơn so với u cầu) thì có hai giải
pháp:
e Một là dùng bộ lọc để giảm hệ số đập mạch tới trị số yêu cầu;

e Hai là chọn mạch chỉnh lưu khác có hệ số này phù hợp.

Thường giải pháp thứ nhất (dùng bộ lạ) là đúng đắn nếu đây là cáo bộ chỉnh lưu điều
khiển vì khi tăng góc điều khiển œ thì hệ số kam của chỉnh lưu điều khiển xấu đi nhiễu.
Chủng loại lọc phụ thuộc vào dòng tải:

w Bộ lọc điện cảm (lọc L) được ding trong tồn đải cơng suất thực tế, địng tải cảng
lớn thì hiệu quả của loại lọc này càng cao.

21


" Bộ lọc tụ điện (lọc C) chỉ thích hợp với đồng tải nhỏ dưới 10 A.

" Bộ lọc hỗn hợp (lọc LC) dùng cho đải cơng suất trung bình (đồng điện
tải có thể

đến một vài trăm Ampe).

1.4.2.4. Sử dụng u cầu về điều chinh
® Nếu khơng cần điều chỉnh và khơng cần ổn định điện áp ra
tải thì dùng chỉnh lưu điôt.

* Nếu không cần điều chỉnh nhưng phải giữ ơn định điện áp ra
tải, vẫn có thể dùng chính
lưu điệt nhưng phải kết hợp ổn áp xoay chiều hoặc bộ điều
chỉnh điện áp xoay chiều
(chương 2). Tuy nhiên sẽ thuận lợi hơn và độ
tác động của mạch nhanh hơn nếu ta dùng

chỉnh lưu điều khiển,

« Nếu mạch cần điều chỉnh điện áp ra:

* Khi cho phép điều chỉnh nhảy cấp với số cấp khơng
lớn (đưới 6) có thể dùng điều
chỉnh
kiểu đổi cấp điện 4p nguễn xoay chiều (bằng tay
hoặc tự động).

“ Khi cần điều chỉnh trơn nói chung nên dùng
chỉnh lưu điều khiển hoặc bán điều
khiển.

Tuy nhiên vẫn có thể phối hợp các biện pháp khác
như:
~ Với phạm vị điểu chính khơng rộng có thê dùng

chỉnh lưu điột phối hợp với
bộ điều
chính điện áp xoay chiều, nếu dùng chỉnh
lưu điều khiển nên dùng
loại bán điều khiển để giảm nhẹ mạch
điều khiển và nâng cao coso cho

lưới điện

|

- Nếu phạm vi điều chỉnh rất rộng 06 thé phải
kết hợp chỉnh lưu điều khiển với
điều chỉnh
theo cấp điện áp xoay chiều; trong đó
điều chỉnh theo cấp là điều
chỉnh thơ, cịn điều chỉnh thyristor
la điều chỉnh tỉnh.

* Nên ứng dụng chỉnh lưu bán điều khiển nếu
chỉ tiêu kỹ thuật cho phép thực hiện
loại này,

1.4.3. Các bước tiếp theo
Sau khi đã chọn sơ bộ phương án dựa
theo bến chỉ dẫn trên, bắt đầu triển khai
tính tốn
chỉ tiết các phương án được chọn, bao

"1, Tinh todn mach toe (mục 1.5).

gồm các bước tính tốn sau:

2. Tính tốn van lực {mục 1.6).

3.. Tỉnh chọn biến áp lực (mục 1.7).

4. Tính mạch bảo vệ (mục 1,8).

một

Thi du 1.1. Tính chọn sơ bộ mạch chỉnh
lưucấp cho tải có đạng cuộn hút nam
châm điện
chiều có tham số:
Phân tích:

Uạ= (120 + 180) V; ly =30 A.

* Với số liệu đã cho có cơng suất lớn nhất
trên tải bằng Pa= 180,30 = 5,4 kW, nhu
vay nén
ding chinh luu ba pha,

nhưng vẫn có thé dùng loại một pha.
® Do địi hỏi điều chỉnh điện áp ra
nên chọn mạch chỉnh lưu là loại điều
khiển. Trị số điện
ap Ua la không thấp do đó ta đùng
sơ đồ cẩu, trong đó với phạm ví

điều chỉnh điện áp ra
tải khơng q lớn ta

2

có thể dùng mạch chỉnh lưu bá» điể khiển
đễ giảm bớt thyristor,


e Cuộn hút nam châm điện một chiều là loại tải có tính điện cảm mạnh, tương đương, như

một bộ lọc có trị số điện cảm lớn, vì vậy nói chung khơng cần bộ lọc.

"Từ đây có hai phương án là:

1. Chính lưu cầu bán điều khiển ba pha. Khơng dùng mạch này mắc trực tiếp vào lưới

điện được do chênh lệch khá lớn giữa điện áp ra và điện áp lưới. Phương án này có số

van lớn, điều khiển phức tạp.

2. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển. Loại này khi mắc trực tiếp vào lưới điện sẽ có
độ chênh lệch điện áp ra với lưới khơng lớn (điện áp lưới 220 V) nên góc điều khiển

nhỏ. Mặt khác số van ít hơn và điều khiển nhẹ nhàng hơn. Tuy nhiên dịng tải hơi lớn
nên có thể gây ảnh hưởng tới độ đối xứng của lưới điện ba pha nếu nguồn điện yếu.

Kết luận: cần tính tốn, phân tích chỉ tiết hơn hai phương án này để chọn một phương án
cuối cùng, nhưng phương án 2 có thuận lợi hơn.
Thí du 12. Tính chọn sơ bộ mạch chỉnh lưu cấp cho tải có dạng gần thuần trở với tham

số: Ua= (5 + 12) V; la =10 A. Hệ số đập mạch điện áp ra tải cho phép kam = 0,03. Điện áp lưới
điện ba pha 380/220 V.
Phân tích:

© Công suất đưa ra tải khá nhỏ: Pdma = 12.10 = 120W, và cũng, cần điều chỉnh điện áp ra
vi vậy cần dùng chính lưu có điều khiến nhưng là loại một pha.

© Điện áp Ua ra rất thấp do đó nên chọn loại chỉnh lưu hình tia.
+ Mặt khác điện áp ra tải thấp hơn nhiễu so với điện áp lưới nên buộc phải đừng biển

áp, điều này cảng khẳng định khơng nên dùng sơ đề cầu vì khơng thể mắc trực tiếp

vào lưới điện.

e Hệ số đập mạch của chỉnh lưu một pha hình tia là 0,67 so với u cầu (0,03) là khơng
đạt, đo đó buộc phải có bộ lọc. Với dong tải khơng lớn như ở đây có thể dùng lọc tụ hoặc
hỗn hợp LC, điều này phải tính tốn chỉ tiết hơn mới xác định được.

Kết luận: sơ bộ chọn chỉnh lưu điều khiển một pha hình tỉa, có dùng bộ lọc.

1.8. TÍNH TỐN THIẾT KÉ BỘ LỌC MỘT CHIÊU
Mục đích của việc tính tốn bộ lọc là xác định các trị số cần thiết của điện câm lọc và tụ
điện lọc sao cho thoả mãn hệ số đập mạch cho trước đồng thời hiệu chỉnh để có kích thước vừa
phải. Thực tế tụ điện được chế tạo sẵn với các trị số qui chuẩn và chỉ cần chọn trị số phù hợp,

còn điện cảm lọc phải tự thiết kế vì khơng được chế tạo chuẩn. Các bộ lọc thơng dụng thể hiện
ở hình 1.12.
L

o

Poy

a). Loc L

.

Ua

(lọc điện cảm)

áo

BI

PTY
b). Lee C

L

L

Ủa

(lọc điện dung)

tảo

I

pay

e). Lọc LC

Ủa

y

Hình 1.12. Các bộ lọc một chiều (lọc làm phẳng)

I

I

pe yey

tao

Us

đ).Lọc CC

23


1.5.1. Tham s�