Tải bản đầy đủ (.doc) (21 trang)

CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER pptx

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (235.12 KB, 21 trang )

TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
1. Sơ đồ:
II . BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN
i
d
i
D1
i
D2
i
D3
- Nguồn xoay chiều 3 pha:
u
A
= U
m
sin ωt
UD1
D1
UD2
D2
U
D3
D3
R
Ud
u
B
=


U
u
C
=
U
m
sin(
ω
t −
2
π
)
3
sin(
ω
t +
2
π
)
3
UA UB UC
L
- Linh kiện bán dẫn: 3 diode công suất
D
1
,D
2
, D
3
- Tải một chiều dạng tổng quát RLE

E
2. Ký hiệu:
- Dòng tức thời qua linh kiện diodes công suất i
D1
,i
D2
, i
D3
- Điện áp trên linh kiện diodes công suất u
D1
, u
D2
, u
D3
- Điện áp và dòng điện tải u
d ,
i
d
- Trị trung bình điện áp, dòng điện tải U
d ,
I
d
- Trị hiệu dụng áp pha nguồn U
- Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I
1
- Biên độ điện áp pha nguồn U
m
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
÷
5
π
/6]:
Giả sử D
2
dẫn và D
1
, D
3
ngắt ta có
u

D 2
=
0 ;
u

D1
<
0

; u
D 3
<
0
- Xét mạch điện u
A,
u
D1
, u
D2,
u
B
theo định luật Kirshop
u

D1

u

D 2
+
u

B

u

A
=
0

u

D 2
=
0 ⇒
u

D1
=
u

A

u

B
- Trên giản đồ trong khoảng [
π
/6
÷
5
π
/6] ta thấy
u

D1
=
u

A


u

B
>
0
tức là D1 dẫn trong khoảng
này, điều này mâu thuẫn với giả thiết. Vậy D
2
không thể dẫn trong khoảng này.
Giả sử D
3
dẫn và D
1
, D
2
ngắt ta có u
D 3
=
0 ;
u

D1
<
0
;
u

D 2
<

0
- Xét mạch điện u
A,
u
D1
, u
D3,
u
C
theo định luật Kirshop
u
D1

u
D 3
+
u
C

u
A
=
0
u
D 3
=
0 ⇒ u
D1
= u
A


u
C
- Trên giản đồ trong khoảng [
π
/6
÷
5
π
/6] ta thấy u
D1
= u
A

u
C
>
0 tức là D1 dẫn trong khoảng
này, điều này mâu thuẫn với giả thiết. Vậy D
3
không thể dẫn trong khoảng này.
- Như vậy trong khoảng [
π
/6
÷
5
π
/6] chỉ có D
1
có thể dẫn :

Giả sử D
1
dẫn và D
2
, D
3
ngắt ta có
u

D1
=
0
;
u

D 2
<
0
; u
D 3
<
0
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 29
1
2
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
- Theo giản đồ ta thấy
u


D1
=
0

u

D 2
=
u

B

u

A
<
0
: phù hợp với giả thiết.
- Theo giản đồ ta thấy u
D1
=
0 ⇒ u
D 3
=
u
C
− u
A
< 0
: phù hợp với giả thiết

D1 D2 D3 D1
D
2
U
A
U
B
U
C
UA UB
U
C
0
UA-UB
U
A
-U
C
Hình 3.3 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện
- K

ết l

uận : Linh kiện Diode ở pha nào có điện áp tức thời lớn nhất sẽ dẫn.
[
π
÷
5
π
] - Diode D

dẫn
6 6
[
π
+
2
π
÷

+
2
π
]
- Diode D
dẫn
6 3
[
π
+
4
π
6 3
6
÷
5
π
6
3
+
4

π
]
3
=> Diode D
3
dẫn
b. Phương trình trạng thái:
- Khi D1 dẫn.

u
D1
=
0


u
D 2
= u
B
− u
A
<
0
;

;

u
D 3
=

u
C

u
A
<
0


i
D1
=
i
d

i
D 2
=
0

i
D 3
=
0
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 30
i
d
d
d
TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
u
d
= u
A
; u
d
d
=
Ri
d
+
L
+
E
- Khi D2 dẫn.

u

D1
=
u

A


u

B


;

u

D 2
=
0

d
t

u

D 3
=
u
C

u

B
;


i
D1
=
0

i

D
2
=
i
d

i
D 3
=
0
d
i
- Khi D3 dẫn.
u
d
=
u
B
;
u
d
=
Ri
d
+
L
+
E
d
t


u

D1
=
u

A

u
C
<
0


u

D 2
=
u

B
−u
C
<
0
;

;


u

D 3
=
0


i
D1
=
0

i
D 2
=
0
d
i

i
D
3
=
i
d
5. Hệ quả
u
d
=
u

C
;
u
d
=
Ri
d
+
L
+
E
d
t
Áp chỉnh lưu có dạng ba xung trong một chu kỳ áp nguồn BCL được gọi là bộ chỉnh lưu ba
xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồn
Trong đó: p - số xung chỉnh lưu
f
(1)
=
p.
f
=
3.50
=
150Hz
Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải).
1
5π / 6
3 3 3 6
U


d 0
=
2π /
3

U

m
sin(
ω
t
)d

(
ω
t )
=
π / 6
U

m
=
U
2π 2π
Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dònh điện tải).
I
d
Áp ngược lớn nhất mà diode phải chịu.
=

Ud

E
R
Dòng trung bình qua diode.
U

rwm
=
6U
=
3U

m
- Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho :
I
D1
=
Id
3
U
RRM

K
u
.U
RWM

I
d

Trong đó: K
u =
2,5- 3,5 : Hệ số an toàn áp
K
i

1 : hệ số an toàn về dòng

Trị hiệu dụng dòng điện nguồn.

K
i
I
D1
Công suất tiêu thụ trên tải.
Id
I
1
=
3
Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu.
P
d
=
U
d
I
d
λ
=

P
d
=
U
d
.I
d
=
3
2
=0,676.
S 3U .I
1
2
π
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 31
d
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
III. BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA ĐIỀU KHIỂN
1. Sơ đồ :
i
d
iT1 iT2 iT3
- Nguồn xoay chiều 3 pha:
u
A
= U
m
sin ωt

U
T1
T1

U
T2
T2
U
T3
T3
R
Ud
u
B
=

U
u
C
=
U
m
sin(
ω
t −
2
π
)
3
sin(

ω
t +
2
π
)
3
UA UB UC
L
- Linh kiện bán dẫn: 3 SCR công
suất T
1
,T
2
, T
3
- Tải một chiều dạng tổng quát RLE
E
2. Ký hiệu:
- Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất i
T1
,i
T2
, i
T3
- Điện áp trên linh kiện SCR công suất u
T1
, u
T2
, u
T3

- Điện áp và dòng điện tải u
d ,
i
d
- Trị trung bình điện áp, dòng điện tải U
d ,
I
d
- Trị hiệu dụng áp pha nguồn U.
- Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I
1
- Biên độ điện áp pha nguồn U
m
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 : 0

α

π
a. Phương trình trạng thái.
Thyristor T1 dẫn

[
π
+
α
÷
5
π
6 6
+

α

]

u
T
1
=
0


u
T
2
=
u

B

u


A
<
0
;

;

u
T
3
=
u
C

u

A
<
0


i
T
1
=
i
d

i

T 2
=
0

i
T 3
=
0
d
i
u
d
=
u
A
; u
d
=
Ri
d
+
L
+
E
d
t
Thyristor T2 dẫn
[
5
π

6
+
α
÷
9
π
6
+

α

]

u
T
1
=
u

A

u

B
<
0

;

u

T
2
=
0


u
T
3
=
u
C

u

A
<
0
;


i
T 1
=
0

i
T
2
=

i
d

i
T 3
=
0
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 32
UT1(V) iT1(A) id(A) Us(V)
Ud(V)
i
d
i
d
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
u
d
= u
B
; u
d
d
=
Ri
d
+
L
+
E

Thyristor T3 dẫn
[
9
π
6
+

α
÷
13
π
6
d
t
+

α

]

u
T
1
=
u

A

u
C

<
0


u
T
2
=
u

B
−u
C
<
0
;

;

u
T
3
=
0


i
T 1
=
0


u
d
=
u
C
;
u
d
i
T 2
=
0
d
=
Ri
d
+
L
+
E

i
T
3
=
i
d
d
t

Hình 3.4 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 33
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
5. Hệ quả:
Áp chỉnh lưu có dạng ba xung trong một chu kỳ áp nguồn BCL được gọi là bộ chỉnh lưu ba
xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồn
Trong đó: p - số xung chỉnh lưu
f
(1)
=
p.
f
=
3.50
=
150Hz
Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải).
1
α
+5π
/ 6
3 3 3 6
U
=
d
2π / 3

α


/
6
U

m
sin(
ω
t
)d

(
ω
t )
=
U

m
cos
α
=

U cos
α
=
U

d 0
cos

α


Khi
0

α

π
=> -
3
6
U

Ud

3 6
U
2
π
2
π
- 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).
I
d
Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu.
=
Ud

E

R
Dòng trung bình qua SCR.
U

rwm
=
I
T
6U
=
=
Id
3
3U

m
- Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho :
U
đm

K
u
.U
RWM
và I
đm

K
i
I

D1
Trong đó: Ku: Hệ số an toàn áp. (K
u =
2,5- 3,5)
Ki: hệ số an toàn về dòng (K
i

1)

Trị hiệu dụng dòng điện nguồn.
Công suất tiêu thụ trên tải.
Id
I
1
=
3
Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu.
P
d
=
U
d
I
d
λ
=
P
d
=
U

d
.I
d
=
3
2
cos
α
S 3U .I
1
2
π
Đặc tuyến điều khiển. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu U
=
3 6
U cos
α
không phụ
thuộc vào tham số tải khi dòng tải liên tục.
d
α
2
π
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 34
1
0.5 1 1.5 2 2.5 3
3.5
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
0.5

0
-0.5
-1
0
6. Chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu.
- Khi
α
thay đổi
U
d
α
có thể âm nhưng I
d
> 0. Công suất trung bình : P = U
d
.I
d
- Nếu U
d
> 0 => P > 0 bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu, công suất chuyển từ phía
xoay chiều về phía một chiều
- Nếu Ud < 0 => P < 0 bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu công suất chuyển từ 1 chiều
sang xoay chiều.
- Chế độ chỉnh lưu xảy ra khi: U
d
* E > 0
- Chế độ nghịch lưu xảy ra khi U
d
* E < 0
7. Góc an toàn.

- Góc an toàn: là góc điện nhỏ nhất phải có khi SCR chịu tác dụng của áp nghịch để khôi
phục khả năng khoá của nó một cách an toàn (
γ
)
γ
=
ω
.t
q
Trong đó t
q
thời gian ngắt an toàn
- Khi α tăng thời gian để khôi phục khả năng khoá sẽ giảm
- Nếu
α
tăng đến một giá trị đủ lớn để SCR không còn đủ thời gian khôi phục khả năng khoá
của mình SCR đóng không theo ý muốn, dòng điện tăng lớn ,hỏng thiết bị , cần được ngắt bởi
thiết bị bảo vệ
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 35
d
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
1. Sơ đồ
IV. BỘ CHỈNH LƯU TIA VỚI DIODE D
O
- Nguồn xoay chiều 3 pha
u
A
= U
m

sin
ω
t
u
B
=
U
m
sin(
ω
t −
2
π
)
3
u
C
=
U
m
sin(
ω
t +
2
π
)
3
- Linh kiện bán dẫn: 3 thyistor công suất
T
1

,T
2
, T
3,
Diode Do
- Tải một chiều dạng tổng quát RLE
2. Ký hiệu:
- Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất i
T1
,i
T2
, i
T3
- Điện áp trên linh kiện SCR công suất và diode u
T1
, u
T2
, u
T3,
u
D0
- Điện áp và dòng điện tải u
d ,
i
d
- Trị trung bình điện áp, dòng điện tải U
d ,
I
d
- Trị hiệu dụng áp pha nguồn U.

- Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I
1
- Biên độ điện áp pha nguồn U
m
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.
a. Khi
α

π
Tương tự tia ba pha điều khiển.
6
b. Khi
π
<
α
<
5
π
6 6
- Diode D0 dẫn trong khoảng điện áp chỉnh lưu mang giá trị âm.
Thyristor T1 dẫn
[
α


÷

π

]

u
T
1
=
0
;

u
T
2
=
u

B

u

A
<
0

u
T
3

=
u
C

u

A
<
0

u

Do
= −u
d
<
0
; ;
⎨ ⎨

i
T
1
=
i
d

i
T 2
=

0


i
T 3
=
0
d
i


i
Do
=
0
u
d
= u
A
; u
d
=
Ri
d
+
L
+
E
d
t

Diode Do dẫn
[
π
÷
π
+

α

]

u

Do
=
u
d
=
0

u
T 1
=
u

A
<
0

u

T 2
=
u

B

u

A
<
0

u
T 3
=
u
C

u

A
<
0
; ; ;


i
Do
=
i

d
⎨ ⎨

i
T 1
=
0

i
T 2
=
0
di
d


i
T 3
=
0
u
d
=
0 ;
u
d
=
Ri
d
+

L
+
E
dt
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 36
Us(V)
UT1(V) Ud(V)
iT1(A) id(A)
d
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
T
3
D
0
T1
D
0
T
2
D0 T3 D0 T1 D0 T2 D0
U
A
U
B
UC
UA
UB
U
C

U
A
U
A
-U
B
UA-UC
Hình 3.6 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện


5
π
10
π

Thyristor T2 dẫn
+

α
÷
6 6

u
T
1
=
u

A


u

B
<
0

u
T
2
=
0

u
T
3
=
u
C

u

A
<
0

u

Do
= −u
d

<
0
; ; ;


i
T 1
=
0
⎨ ⎨

i
T
2
=
i
d

i
T 3
=
0


i
Do
=
0
d
i



10
π
u
d
=
u
B
;
u
d


=
Ri
d
+
L
+
E
d
t
Diode Do dẫn
÷ +

α
6 6

u


Do
=
u
d
=
0

u
T
1
=
u

A

u

B
<
0

u
T
2
=
u

B
<

0

u
T
3
=
u
C

u

B
<
0
; ; ;
⎨ ⎨

i
Do
=
i
d

i
T 1
=
0
⎨ ⎨

i

T 2
=
0

di
d
i
T 3
=
0
u
d
=
0 ;
u
d
=
Ri
d
+
L
+
E
dt
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 37
d
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]



9
π
14
π

Thyristor T3 dẫn
+

α
÷
-
6 6

u
T
1
=
u

A

u
C
<
0
;

u
T
2

=
u

B

u
C
<
0

u
T
3
=
0

u

Do
= −u
d
<
0
; ;


i
T 1
=
0



i
T 2
=
0
u
d
=
u
C
;
u
d


i
T
3
=
i
d
d
i
=
Ri
d
+
L



i
Do
=
0
+
E
Diode Do dẫn


14π


6
÷
13
π
6
d
t

+

α




u


Do
=
u
d

=
0

u
T
1
=
u

A

u
C
;

<
0

u
T
2
=
u

B


u
C
;

<
0

u
T
3
=
u
C
<
0
;


5. Hệ quả:
i
Do
=
i
d

i
T 1
=
0

u
d
=
0 ;
u
d

=
Ri
d
+
L
i
T 2
=
0
di
d
+
E
dt

i
T 3
=
0
Áp chỉnh lưu có dạng ba xung trong một chu kỳ áp nguồn BCL được gọi là bộ chỉnh lưu ba
xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồn
Trong đó: p - số xung chỉnh lưu.
f

(1)
=
p.
f
=
3.50
=
150Hz
a. Khi α

π
: Tương tự tia ba pha điều khiển.
6
b. Khi
π
<
α

5
π
6 6
Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải).
π
U
d
=
3


U

m
α
+
π
sin(
ω
t )d
(
ω
t)
=
3
U (1
+
cos(α
+
π
))
=
2
π
m
6
3
U (1

sin(α

π
))

2
π
m
3
6
3 6
0
≤ U
d

U

- Như vậy bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển với diode D0 chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh
lưu. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I
Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải).
I
d
Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu.
=
Ud

E
R
Dòng trung bình qua SCR.
U
rwm
=
6U
=
3U

m
5
π


α
Dòng trung bình qua diode D0
I
T
=
6
I
2
π
d
I
T
= I
d
− 3I
T
3
α

π
=



2

I

d
- Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho :
U
đm

K
u
.U
RWM
và I
đm

K
i
I
D1
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 38
I
=
d
I
6
TS. LÊ MINHPHƯƠNG
[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]
Trong đó: Ku: Hệ số an toàn áp. (K
u =
2,5- 3,5)
Ki: hệ số an toàn về dòng (K

i

1)
Trị hiệu dụng dòng điện nguồn.
5
π


α
1
π
1

π
Id .d(
ωt
)
=
6
d
Công suất tiêu thụ trên tải.
2
π
α
+
P
d
2
π
= U

d
I
d
Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu.
3 2
U (1
+
cos(
α
+
π
)I
2
(1
+
cos(
α
+
π
)
λ
=
P
d
=
U
d
.I
d
=


2
π


6
=

2
π


6
3 .
1
5
π


α
5
π


α
S U I
3U
.
6
I


d
6
2
π
Đặc tuyến điều khiển. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu, không phụ thuộc vào tham số tải khi
dòng tải liên tục.
6. Tác dụng của diode Do:
- Giảm trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của áp chỉnh lưu
- Tăng hệ số công suất nguồn:
α
tăng I
1
Giảm => U
1
I
1
giảm => P
1
giảm =>
λ
tăng
- Không cho phép chế độ nghịch lưu.
- Khảo sát đặc tuyến
U

d
α
U


do
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 39

×