Chương 2: Chỉnh lưu có điều khiển doc

Chương 2: CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN
2.1.Chỉnh lưu nguồn một pha
2.1.1. Mạch chỉnh lưu bán kỳ
2.1.1.1.Tải RL
Phương trình mạch tải:
ud + eL = Rid
Góc α là góc mở.
λ là góc tắt dòng
θ = ωt
u
d
u
2
T
L
R
u
1
+
-
dt
di
LRiu
dd
+=⇔
θsinU2u
22
=

u

2
U
m
0
-U
m
π
2π
θ
i
G
α
0
θ
u
d
0
λ
’
λ
0
’
2π
θ
i
d
α
λ
θ
u

T
θ

Do tình cảm kháng nên đường cong dòng điện id kéo dài ra ngoài π
,khi mà u2 đã chuyển sang nửa chu kỳ âm .
Nếu chuyển góc tọa độ từ O sang O’ , ứng với thời điểm
cấp xung điều khiển mở SCR , ta có phương trình:
Chia hai vế cho L, đặt ta có:
Dùng phép biến đổi Laplace, qua vài phép biến đổi ,ta nhận đươc:
Trong đó:
θ = ωt
( )
αθsinU2u
2d
+=
( )
αθsinU2Ri
dt
di
L
2d
d
+=+
L
R
a
=
( )
αθsin
L

U2
ai
dt
di
2
d
d
+=+
( ) ( )






−−++=
−
φtg
θ
2
d
eφαsinφαθsin
Z
U2
i
2
L
2
XRZ
+=

L X
L
ω
=
R
X
φtg =

u
d
u
21
T
1
L
R
u
1
+
-
u
22
T
2
+
2.1.2.Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ
2.1.2.1.Tải RL
α :góc mở dòng
λ = π + α : góc tắt dòng
θ = ωt

Nếu ωL >>R nên id là dòng liên tục.
Dòng id có cùng một giá trị Io khi θ = α và θ = π + α
Xác định trị trung bình điện áp trên tải.
Khi T1 dẫn cho dòng chảy qua tải , ta có phương trình:
Lấy tích phân hai vế từ α = π + α và chia cho π , ta có :
Ud = Rid
Trong đó
Trị trung bình dòng qua tải:
θsinU2uu
22221
=−=
Ldd
eRiu
−=
θd
di
XRiθsinU2
d
d2
+=
∫∫∫
+=
++
o
o
I
I
d
απ
α

d
απ
α
2
di
π
X
θdi
π
R
θdθsinU2
π
1
αcos
π
U22
U
2
d
=
R
U
I
d
d
=

u
2
U

m
0
-U
m
π
2π
θ
u
21
u
22
i
G
α
0
θπ+α
u
d
0
α
λ
0
’
2π
θ
i
d
α
π+α
θ

Trong đó
Điện áp ngược trên SCR
Khi T1 dẫn
u21+ uT2 – u22 = 0
uT2 = u22 - u21
Khi T2 dẫn
u22+ uT1 – u21 = 0
uT1 = u21 - u22
Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR:

R
Lω
arctgφ
=
2max
22 UU
T
−=

2.1.2.2.Tải RLE
Khi T1 dẫn ta có phương trình :
Dòng id có thể là dòng gián đoạn , cũng có thể là dòng liên tục điều đó tùy thuộc vào giá trị của E, φ
và α.
Xác định trị trung bình điện áp trên tải.
Lấy tích phân hai vế từ α → λ và chia cho π , ta có :
Nếu id là dòng gián đoạn id(α) =id(λ) = 0
Nếu id là dòng liên tục id(α) =id(π+α) = Io
Vậy với cả hai trường hợp (dòng gián đoạn và dòng liên tục) thì ta có phương trình như sau:
θd
di

XERiθsinU2u
d2d
++==
∫∫∫∫
++=
λ
α
d
λ
α
λ
α
d
λ
α
2
di
π
X
θd
π
E
θdi
π
R
θdθsinU2
π
1
∫ ∫
==⇒

λ
α
0
0
dd
0di
π
X
di
π
X
∫ ∫
==⇒
λ
α
I
I
dd
0
0
0di
π
X
di
π
X
∫∫∫
+=
λ
α

λ
α
d
λ
α
2
θd
π
E
θdi
π
R
θdθsin
π
U2
( )
αλ
π
E
RIU
dd
−+=

Trong đó:
Trường hợp id là dòng liên tục, λ = π + α, ta có:
Ranh giới của dòng liên tục và gián đoạn, ta có phương trình:
Nghiệm tổng quát của phương trình:
Nếu id là dòng liên tục ta có thể viết lại:
( )
λcosαcos

π
U2
U
2
d
−=
( ) ( )
αλ
Rπ
E
λcosαcos
Rπ
U2
I
2
d
−−−=
R
EU
I
αcos
π
U22
U
d
d
2
d
−
=

=
u
2
U
m
0
-U
m
π
2π
θ
u
21
u
22
i
G
α
0
θπ+α
u
d
0
α
λ
0
’
2π
θ
i

d
α
π+α
θ
u
d
0
α
λ
0
’
2π
θ
i
d
α
π+α
θ
E
θd
di
XERiθsinU2
d
d2
++=
( )
[ ]
φtg
θ
1

2
d
e.Aθsinφcosφθsin
R
U2
i
−
+−−=
( )
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
φ
απ
απ
φ
α
α
θφφαπ
θφφα
tg
tg
eA
R
U
I
eA
R

U
I
+
−
+
−
+−−+=
+−−=
.sincossin
2
.sincossin
2
1
2
0
1
2
0

2.1.3.Hiện tượng trùng dẫn
Hiện tượng trùng dẫn chỉ xuất hiện trong các sơ đồ mà số cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn
bằng hoặc lớn hơn 2.
Giả thiết L = ∞ với giả thiết này dòng id xem như được nắn thẳng: id = Id
Lc ≠ 0 điện cảm chuyển mạch nó cản trở đột biến của dòng điện.
Khi θ = θ2 = π + α ta có xung kích cho T2 . SCR T2 dẫn vì lúc này e22> 0 . Kết quả là T1 & T2 cùng
dẫn . Hai nguồn e21 và e22 được nối lại theo mạch e21 – Lc – T1 – T2 – Lc – e22
i
d
u
21

T
1
L
R
u
22
T
2
e
21
L
R
e
22
T
2
T
1
L
C
L
C
i
c

α
u
d
0
θ

2
2π
θ
e
22
e
21
θ
3
α
i
1
μ
μ
θ
0
I
d
i
2
θ
0
I
d
Dòng i2 tăng lên ,còn dòng i1 giảm xuống vì i1 + i2 = Id = const.
Khi θ = θ3 ⇒ i1 = 0 ⇒ T1 tắt
i2 = Id ⇒ T2 dẫn mạnh.
Vậy dòng tải Id đã chuyển mạch từ T1 sang T2 . Quá trình này gọi là
Quá trình chuyển mạch hay gọi là Hiện tượng trùng dẫn.
Góc μ = θ3 +θ2 : gọi là góc trùng dẫn

Điện áp ngắn mạch uc :
Gọi uc : Điện áp ngắn mạch.
ic : Dòng ngắn mạch
Ta có phương trình:
Nếu chuyển góc tọa độ từ O sang vị trí O’ , ta có :

Vậy
dt
di
L2eeu
c
c2122c
=−=
( )
( ) ( )
αθsinU2απθsinU2e
αθsinU2e
2221
222
+−=++=
+=
( )
θd
di
X2
dt
di
L2αθsinU22u
eeu
c

c
c
c2c
2122c
==+=
−=
( )
θd
di
XαθsinU2
c
c2
=+

Dòng ngắn mạch ic :
Khi θ = μ ( Gốc tọa độ tại θ2 ) thì i1 = 0 và i2 = Id .
Từ phương trình trên ta có phương trình chuyển mạch:
Hình dạng của điện áp chỉnh lưu ud trong đọan trùng dẫn .
Mà i1 + i2 = Id = const
Do đó

Trong đọan trùng dẫn ud = 0 . Vậy do hiện tượng trùng dẫn nên trị trung bình của điện áp trên tải
Ud’ sẽ nhỏ hơn trường hợp lý tưởng Ud một lượng là ∆Uμ .
Ud’ = Ud + ∆Uμ
Xác định ∆Uμ
Thay vào phương trình chuyển mạch (*) , ta có:
( )
∫
+=
θ

0
c
2
c
θdαθsin
X
U2
i
( )
[ ]
αθα
+−==>
coscos
2
2
c
c
X
U
i
( )
αμcosαcos
U2
IX
2
dc
+−=
d
1
c21

dc21
u
θd
di
Xe
uee
=−
=+
d
c
c22
u
θd
di
Xe =−
2
ee
u
2221
d
+
=
( )
[ ]
αµα
π
µ
+−=∆
coscos
2

2
U
U
π
=∆
µ
dc
IX
U

2.1.4.Mạch chỉnh lưu cầu
2.1.4.1. Tải R
Khi θ = θ1 ; iG1,3 > 0
T1 dẫn & T3 dẫn
ud = u2
Khi u2 ≤ 0 ⇒ T1 & T3 tắt
uT = -u2
Khi θ = π + α ; iG2,4 > 0
u2 = uT2 + ud + uT4
T2 & T4 dẫn ⇒ uT2,4 = 0
⇒ ud = u2
Dòng qua tải id là dòng gián đọan.
- Trị trung bình điện áp trên tải Ud
- Trị trung bình của dòng qua tải
- Trị trung bình của dòng qua mỗi SCR
- Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR
R
u
2
u

d
u
1
T
1
T
2
T
33
T
43
u
2
U
m
-U
m
0
π
2π
θ
i
G1,3
0
α
i
G2,4
0
π+α
u

d
0
α
π+απ
2π
θ
θ
θ
( )
αcos1
π
U2
U
2
d
+=
R
U
I
d
d
=
2
I
I
d
T
=
2maxT
U2U

−=

u
d
0
θ
θ
θ
θ
I
d
i
d
I
d
i
T1,3
i
T2,4
α
π+α
R
u
2
u
d
u
1
T
1

T
2
T
3
3
T
4
3
L
2.1.4.3.Tải RL
Dòng tải id là dòng liên tục , id = Id
Phương trình mạch tải:
u2 + eL = Rid
Lấy tích phân từ α → π + α và chia cho π.
Tại θ = α và θ = π + α thì id = Id , ta có:
=> Ud = RId
Trong đó
Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến
áp:
=> I2 = Id
θd
di
XRiθsinU2
d
d2
+=
∫∫∫
+=
++
d

d
I
I
d
απ
α
d
απ
α
2
di
π
X
θdi
π
R
θdθsinU2
π
1
αcos
π
U22
U
2
d
=
∫∫
++
==
απ

α
2
d
απ
α
2
d2
θdI
π
1
θdi
π
1
I

α
u
d
0
θ
2
2π
θ
e
2
2
e
2
1
θ

3
α
i
d
μ
μ
θ
0
I
d
R
i
c2
T
1
T
2
T
3
3
T
4
3
e
2
L
C
i
c1
L

2.1.4.4.Trùng dẫn
Giả sử T1 và T3 đang dẫn dòng chảy qua là iT1,3 = Id . Khi θ = θ3 xuất hiện xung kích cho T2 và T4 . Vì có điện
cảm chuyển mạch Lc trong mạch , nên dòng iT1,3 không thể giảm đột ngột từ Id →0 ngay và dòng iT2,4 cũng
không thể tăng đột ngột từ 0 → Id ngay mà phải có một khoảng thời gian biến thiên.
Lúc này cả 4 SCR trong mạch cùng dẫn ,do đó phụ tải xem như bị ngắn mạch => ud = 0 , nguồn e2 cũng bị
ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch ic

Ta có phương trình : e2 + ec = 0
Dòng ngắn mạch ic :
Xác định ∆Uµ :
Khi Lc ≠ 0 trị trung bình của điện áp trên tải:
Ud’ = Ud - ∆Uµ
với
θd
di
XθsinU2
c
c2
=
( )
∫
+=
θ
0
c
2
c
θdαθsin
X
U2

i
( )( )
αθα
+−=
coscos
2
2
c
c
X
U
i
π
IX2
UΔ
dc
μ
=
π
IX2
UU
dc
d
'
d
−=
α
π
cos
22

2
U
U
d
=


2.1.4.5.Tải RLE
Vì tải có điện cảm L nên thực tế id là dòng liên tục
id = Id
Giả sử T1 & T2 dẫn cho dòng qua tải ta có phương trình:
ud = Rid + E – eL
Lấy tích phân 2 vế từ α → π + α và chia hết cho π , ta có:

Mà
NênUd = RId + E
Trong đó
Nếu xét hiện tượng trùng dẫn thì thay Ud = Ud’

R
u
2
u
d
u
1
T
1
T
2

T
33
T
43
L
E
u
d
0
θ
θ
θ
θ
I
d
i
d
I
d
i
T1,3
i
T2,4
α
π+α
θd
di
XERiθsinU2
d
d2

++=
∫ ∫∫∫
+ ++
++=
απ
α
I
I
d
απ
α
απ
α
d2
d
d
di
π
X
θd
π
E
θdi
π
R
θdθsinU2
π
1
0di
π

X
d
d
I
I
d
=
∫
αcos
π
U22
U
2
d
=

2.1.5.Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng
Trong mạch sử dụng một nửa SCR và một nửa diod. Ưu điểm là
điều khiển đơn giản hơn và giá thành thấp vì diod rẽ hơn SCR.
Khi θ = θ1 = α có xung kích T1 dẫn . Trong khoảng từ θ1 → θ2 T1
& D2 dẫn cho dòng qua tải id = Id, ud = u2 .
Khi u2 chuyển sang bán kỳ âm cuộn dây L sinh ra sức điện
động tự cảm nên D1 dẫn làm T1 tắt, dòng id = Id chuyển từ T1 sang
D1 . Lúc này dòng id chảy qua tải là do D1 & D2 dẫn , ud = 0 .
Khi θ = θ3 = π + α có xung kích T2 dẫn, làm D1 tắt . Trong
khoảng từ θ3 → 2π + θ1, T1 & D2 dẫn cho dòng qua tải id = Id, ud =
-u2 Trong sơ đồ ta thấy thời gian dẫn dòng của diod là π + α,
còn thời gian dẫn dòng của SCR là π – α .
D
1

D
2
T
2
R
u
2
u
1
T
1
L
0
u
d
θ
θ
θ
i
d
I
d
i
T1
i
D2
π+α
θ
i
T2

θ
I
d
θ
θ
θ
1
θ
2
θ
3
α
α
i
D1
i
2

2.2 .Chỉnh lưu nguồn 3 pha
2.2.1. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia

Do mạch tải có địện cảm L nên id thực tế là
dòng liên tục : id = Id
Góc kích SCR dẫn được tính từ giao điểm
của điện áp hai pha (dương) . Khỏang cách giữa
hai xung kích là
Trị trung bình điện áp trên tải :
α
π
=

θθ
π
=θ
π
=
∫∫
α+
π
α+
π
π
cos
2
U63
U
dsinU2
2
3
du
2
1
U
2
d
6
5
6
2
2
0

dd
3
2
Π
u
2a
u
2b
u
2c
θ
u
2
0
∝
∝
∝
∝
∝
θ
θ
0
0
u
d
θ
i
T
u
d

θ
i
T
36
π
≤α≤
π
π<α<
π
3

u
2a
u
2b
u
2c
R
L
u
d
T
1
T
2
T
3
T
4
T

5
T
6
2.2.2. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu
Nhóm catod chung: T1, T2, T3
Nhóm anod chung: T4, T5, T6
Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:
Góc mở α được tính từ giao điểm giửa hai pha:

Nguyên lý hoạt động:
Giả sử T3 & T5 đang dẫn ud = u2c – u2b
Khi , có xung kích cho T1 dẫn vì u2a có gía trị lớn nhất. Khi T1 dẫn sẽ làm T3 tắt
vì u2a > u2c.
Lúc này dòng qua tải id do T1 & T5 dẫn . Điện áp trên tải : ud = uab = u2a – u2b






+=






−=
=
3

π2
θsinU2u
3
π2
θsinU2u
θsinU2u
2c2
2b2
2a2
6
π11
;
2
π3
;
6
π7
;
6
π5
;
2
π
;
6
π
θ
=
α
6

π
θθ
1
+==

u
2a
u
2b
u
2c
θ
u
2
0
∝
∝
∝
∝
∝
θ
θ
0
0
u
d
θ
i
T
u

d
θ
i
T
Các xung điều khiển lệch nhau được lần
lượt đưa đến các cực điều khiển của SCR theo
thứ tự : 1, 6, 2, 4, 3, 5, 1, . . . . .
Khi một SCR được kích dẫn nó sẽ khoá ngay
SCR dẫn trước đó.
Do mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là
dòng liên tục :
id = Id
Góc kích SCR dẫn đñược tính từ giao
điểm của điện áp hai pha (dương) . Khỏang cách
giữa hai xung kích là
Trị trung bình điện áp trên tải :
3
π
3
2
π
αcos
π2
U63
U
θdθsinU2
π2
3
θdu
π2

1
U
2
d
α
6
π5
α
6
π
2
π2
0
dd
=
==
∫∫
+
+
36
π
≤α≤
π
π<α<
π
3

u
2a
u

2b
u
2c
R
L
u
d
T
1
T
2
T
3
D
4
D
5
D
6
u
2a
u
2b
u
2c
θ
u
2
0
∝

θ
0
u
d
∝
∝
∝
θ
i
d
0
θ
i
T
0
θ
i
D
0
θ
i
2
0
2.2.3. Mạch chỉnh lưu cầu không đối xứng
Trong mạch người ta sử dụng 3 SCR và 3 diod
Giả sử mạch tải có điện cảm lớn nên ta có thể xem như
dòng tải được nắn thẳng, id = Id
Trị tức thời của điện áp trên tải :
ud = ud1 + ud2
Trị trung bình của điện áp trên tải :

Ud = Ud1 – Ud2
Trong đó:

⌡
⌠
α
π
=θθ
π
=
π
α+
π
6
5
6
2
21d
cos
2
U63
dsinU2
2
3
U
∫
π
π
π
−=θθ

π
=
6
11
6
7
2
22d
2
U63
dsinU2
2
3
U
( )
α+
π
= cos1
2
U63
U
2
d