tài liệu phần chỉnh lưu trong điện tử công suất

Chương 2. CHỈNH LƯU
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
2.1.1. Cấu trúc mạch chỉnh lưu
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều bằng cách sử
dụng các phần tử bán dẫn công suất.
Sơ đồ cấu trúc của mạch chỉnh lưu:
Biến áp

Van CL

Lọc

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu
Khối biến áp dùng để chuyển từ điện áp của lưới điện xoay chiều U 1 sang điện áp U2 thích hợp với
tải. Ngoài ra khối biến áp còn có thể biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch
van chỉnh lưu. Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3. Mạch van có thể cần số pha là 1,3,6,12...
Trong một số trường hợp khi mà nguồn lưới đã phù hợp với yêu cầu của khối van chỉnh lưu thì có
thể bỏ qua máy biến áp.
Khối van CL gồm các van bán dẫn ( diode và tiristo) được mắc theo cách nhất định để có thể tiến
hành quá trình chỉnh lưu.
Khối Lọc có tác dụng làm cho điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu là điện áp một chiều bằng phẳng
theo yêu cầu.
2.1.2. Phân loại
Chỉnh lưu được phân loại theo các cách thức sau:
* Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: có mạch một pha, ba pha, sáu pha vvv...
* Dựa theo loại van bán dẫn:
+ Mạch dùng hoàn toàn bằng diode:

Chỉnh lưu không điều khiển

+ Mạch dùng kết hợp diode và tiristo : Chỉnh lưu bán điều khiển

+ Mạch dùng hoàn toàn bằng tiristo: Chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn.
* Dựa theo sơ đồ mắc van có 2 kiểu:
+ Sơ đồ hình tia : Trong sơ đồ này số van dùng cho chỉnh lưu sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch
chỉnh lưu. Các van đấu chung một đầu nào đó với nhau: hoặc A chung, hoặc K chung.
+ Sơ đồ hình cầu: Trong sơ đồ này số lượng van gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu, trong
đó một nửa số van mắc chung nhau A , một nửa số van mắc chung K.
2.1.3. Các tham số cơ bản.
Các tham số cơ bản dùng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản nhất của một mạch chỉnh lưu:
Ud : giá trị điện áp trung bình nhận được sau mạch van chỉnh lưu.
T

1
1
U d = ∫ u d (t )dt =
T 0
2π

2π

∫u

d

(θ )dθ

0

Id : Dòng điện trung bình nhận được sau mạch van chỉnh lưu

1

Id =
2π

2π

∫i

d

(θ )dθ

0

Pd= Ud. Id là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu.
Ivtb : dòng trung bình qua van


Ung max: điện áp ngược cực đại mà van phải chịu được khi làm việc
2.2.

CHỈNH LƯU DIODE

2.2.1. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ
Trong sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ điện áp thứ cấp máy biến áp là:

u2 = 2U 2 sin ωt = 2U 2 sin θ
2.2.1.1.

Khi tải thuần trở

D

A
U1

E

Ud

U2

t
π

0

R
F

t

Id

Ud
Hình 2.2. Chỉnh lưu diode hình tia

2π

Hình 2.3. Đồ thị điện áp

Khi 0< θ <π điện áp u2 dương ở điểm A. Diode mở cho dòng chảy qua. Nếu coi điện áp rơi trên
diode uD= 0 ta có:

u d = R.i = 2U 2 sin θ
i=

2U 2
sin θ
R

Khi π< θ <2π điện áp âm ở điểm A. Diode bị khoá: i=0,ud=0
Diode phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn nhất là: U ng max = 2U 2
Điện áp trung bình chỉnh lưu là:

1
Ud =
2π

π

∫

2U 2 sin θ .dθ =

0

2U 2
= 0.45U 2
π

Dòng trung bình chỉnh lưu
Id =

Ud
2U 2
=
R
πR

Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp MBA
1
I2 =
2π

2.2.1.2.

 2U .Sinθ
∫0  R2


π

2


U2
d
θ
=
÷

÷
2R


Tính công suất máy biến áp

Vì dòng điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không sin. Điều này làm cho công suất máy biến áp
lớn hơn công suất tải nhận được ngay cả khi coi biến áp là lý tưởng (không có tổn thất) và tải dạng thuần
trở. Ta xem xét vấn đề này trên thí dụ mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ với tải thuần trở.
Công suất biến áp được tính theo biểu thức

S ba =

S1 + S 2 U 1 I1 + U 2 I 2
=
2
2


Quan hệ về điện áp, như đã biết:

U1
W
= kba = 1
U2
W2

Ở đây W1, W2 là số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Dạng điện áp U1, U2 là hình sin,
trong khi đó dạng dòng điện i1, i2 hoàn toàn không sin.
Dòng điện thứ cấp

Vì U d =

2U 2
nên có quan hệ giữa I2 và Id như sau:
π
I2 =

π 2 U2 π Ud π
.
.
= .
= I d = 1,57 I d
2 π Rd 2 Rd 2

Như vậy ta nhận thấy hai điểm sau về dòng thứ cấp:
a.

Dòng chỉ chảy theo một chiều xác định, không phải là dòng xoay chiều như thông
thường.

b.

Giá trị hiệu dụng I2 lớn hơn dòng tải nhận được tới 1,5 lần.

Do vậy công suất thứ cấp biến áp lớn hơn 3,5 lần công suất một chiều Pd:

S2 = U 2 I 2 =

π
π

π2
Ud . Id =
U d I d = 3, 49Pd
2
2
2 2

Dòng điện sơ cấp
Theo nguyên lý hoạt động máy biến áp, ta có phương trình cân bằng sức từ động:

i1~ w1 = i0~ w1 − i2~ w2 ≈ i2~ w2
i1~ = −i2~ .

Suy ra:

w2
i
= − 2~
w1
kba

Vì dòng điện từ hoá nhỏ nên bỏ qua: i0~=0. Cần phải tìm thành phần xoay chiều của dòng i2 bằng
cách sử dụng khai triển Fourier:
n

i2 (θ ) = I 0 + ∑ i2 i
i =1

Trong đó I0 là thành phần không đổi và chính là giá trị trung bình I d. Phần còn lại là toàn bộ các
sóng điều hoà xoay chiều,

n

i 2 ~ = ∑ i2i =i2 (θ ) − I d
i =1

Từ đây, dựa theo biểu thức i1 ~ = −

i2~
kba

ta có dạng dòng điện sơ cấp máy biến áp. Ta tính được trị

hiệu dụng của dòng sơ cấp:
I1 =

1
2π

2π

∫
0

2

 i2 (θ ) − I d 

 dθ
 kba 

2
π
 2π

1   2U 2 sin θ

 + ∫ I d 2 dθ
=
−
I
d
θ
d ÷
2 ∫

÷
2π kba  0 
Rd
 π




=

Id
kba

π2
1, 21

−1 =
.I d
4
kba


Vậy công suất phía sơ cấp biến áp:
S1 = U 1I1 = kbaU 2 .

1, 21
π
Id =
.U d .1, 21I d = 2, 69 Pd
kba
2

Cuối cùng có công suất máy biến áp:
Sba =

S1 + S 2 3, 49 Pd + 2, 69 Pd
=
= 3, 09 Pd
2
2

Như vậy công suất phía sơ cấp cũng lớn hơn công suất một chiều ra tải tới 2,7 lần. Còn công suất
biến áp tổng thể gấp 3 lần Pd. Đây chính là nguyên nhân làm cho mạch chỉnh lưu loại này không thể ứng
dụng cho dải công suất trung bình và lớn.
Biến áp cho mạch chỉnh lưu đều có đặc điểm: S ba>Pd. Trong đó mạch hình tia luôn có dòng điện
thứ cấp chỉ chảy theo một chiều do chỉ có một van nối với mỗi nguồn xoay chiều, nên công suất biến áp

lớn hơn nhiều Pd do đó lõi thép biến áp bị từ hoá một chiều bởi thành phần không đổi I d. Ở mạch nhiều
pha có thể khắc phục điều này nếu chế tạo biến áp có nhiều cuộn thứ cấp trên một pha để dùng phương
pháp đấu ziczắc.
2.2.1.3.

Khi tải R+L

Tải R+L thường thấy trong các nam châm điện một chiều, các cuộn kích từ động cơ điện một
chiều hay kích từ máy phát vv...

U1

ud

U

D

id
t

U2

t1

L

R

π t2

ϕ

eL
Hình 2.4. Sơ đồ tia tải R+ L

2π t1
λ

Hình 2.5 Dạng điện áp

Cuộn cảm sinh ra sđđ tự cảm khi có sự biến thiên của dòng điện. Ta có phương trình dòng điện
khi diode dẫn:
L

di
+ R.i = 2U 2 Sinωt = u d
dt

Chuyển sang dạng toán tử Laplace với sơ kiện i(0)=0
L. p.I ( p ) + R.I ( p ) = 2U 2

I ( p) =

2U 2ω
.
L

Đặt ωL = X = z. sin ϕ

ω

p +ω2
2

1
( p 2 + ω 2 )( p +
R = z. cos ϕ

R
)
L
z = R2 + X 2

Ta có:
i=

−R
θ 

 sin(θ − ϕ ) + sin ϕ .e X 


R2 + X 2 


2U 2


Tại thời điểm θ = λ, dòng điện i=0 , diode khoá lại, ta có phương trình:
−λ

sin(λ − ϕ ) = − sin ϕ .e tgϕ

D

ud
U

U1

id

U2

t

L

R

α

t1 π
eL

D0
Hình 2.5. Sơ đồ tia có diode hoàn năng
lượng

Hình 2.6. Sơ đồ dòng khi có trả năng lượng

Với tải nhất định ta có thể tính được ϕ do vậy có thể tính được góc tắt dòng λ từ phương trình trên.
Trong khoảng 0< θ < t1 dòng i tăng từ từ do cuộn cảm L sinh ra sđđ tự cảm có chiều ngược lại với
u2, cuộn cảm tích luỹ năng lượng. Khi t1<θcảm hoàn trả năng lượng, do vậy diode D vẫn tiếp tục mở cho dòng chảy qua trong khoảng π< θ < θ2
Một số trường hợp mắc thêm diode hoàn năng lượng D 0 đấu song song với tải, nó có tác dụng duy
trì dòng điện tải trong nửa chu kỳ âm của điện áp nguồn, phần năng lượng tích luỹ trong cuộn cảm sẽ tiêu
tán trên điện trở tải mà không trả về nguồn.
Kết luận:
-

Với tải R+L dòng điện tải chậm sau điện áp u2 một góc ϕ.

-

Khi không có diode D điện áp chỉnh lưu có một phần mang giá trị âm đó là thời điểm cuộn
cảm trả năng lượng về nguồn.

-

Khi có D điện áp chỉnh lưu sẽ không còn phần mang giá trị âm nữa, năng lượng trên cuộn cảm
tiêu tán trên điện trở tải.

-

Trong một chu kỳ điện áp cuộn cảm tích luỹ bao nhiêu năng lượng thì sẽ hoàn trả lại bấy
nhiêu.

2.2.1.4.

Tải R+E

Dạng tải này phổ biến là các động cơ điện một chiều, các bộ nạp ắcquy...
Khi u2 > E, diode cho dòng chảy qua, dòng id tồn tại trong khoảng thời gian θ1-θ2 là nghiệm của
phương trình:
u 2 = 2U 2 sin θ = E

D
ud
U1

U2

E

R
Ud
Hình 2.6

0

t
π

2π
t

id
Hình 2.7

Biểu thức dòng tải
2U 2 sin θ − E
R

id =

Dòng trung bình chảy qua tải
1
Id =
2π

θ2

2U 2 sin θ − E
2U 2
dθ =
( 2 cos θ1 − ωτ .sin θ1 )
R
2π R

∫

θ1

Trong đó ωτ = θ 2 − θ1

ω = 2π / T

Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua thứ cấp biến áp:
1

2π

I2 =

2

θ2

 2U 2 sin θ − E 
 dθ =
∫θ 

R

1

τ
2T

2U 2 − E
R

Khi diode không cho dòng chảy qua, ta có phương trình:
u D = u2 − E
U ng max = 2U 2 + E
ud = E , id = 0
2.2.2.

Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ (dùng MBA có điểm giữa)
u 22 = − 2U 2 sin ωt

u 21 = 2U 2 sin ωt

2.2.2.1.

Tải thuần trở ( L=0 )

Khi 0 < θ < π : u21 dương, u22 âm, D1 mở cho dòng chảy qua, D2 khoá.

u D1 = 0

ud = 2U 2 sin θ

u D 2 = −2 2U 2 sin θ

iD1 = id =

ud
2U 2 sin θ
=
R
R

Khi π < θ < 2π u21 âm, u22 dương . D2 mở cho dòng chảy qua, D1 khoá.

u D2 = 0

ud = − 2U 2 sin θ

u D1 = 2 2U 2 sin θ

U21

M

U22

R
D2

ud − 2U 2 sin θ
=
R
R

ud

D1

A
U1

iD 2 = id =

i1
L

i2

0

N

t
π

2π
t

id
uD

B

2 2U 2

Hình 2.8.

Hình 2.9.


Như vậy điện áp trung bình chỉnh lưu:

Ud =

π

1
2 2U 2
2U 2 sin θ dθ =
∫

π 0
π

Dòng tải trung bình:
Id =

U d 2 2U 2
=
R
πR

Dòng trung bình qua một diode
π
2U 2 sin θdθ I d
1
ID =
=
∫
2π 0
R
2
Dòng hiệu dụng của thứ cấp máy biến áp
I 21 = I 22 =

1
2π

2

 2U 2


U

 dθ = 2
sin
θ
∫0  R

2R



π

Điện áp ngược lớn nhất trên diode:

ud

0

t
π

2π

id

L= ∞

t

uD

U ng max = 2 2U 2

2 2U 2

2.2.2.2. Khi tải R+L
Phương trình dòng điện
did
+ Rid = 2U 2 sin θ
dt
Chuyển sang dạng toán tử Laplace
ud = L

(

)

L pI d ( p ) − i d (0) + RI d ( p ) = 2U 2

Hình 2.10.

ω
p +ω2
2

Đặt sơ kiện Id(0)=I0 thay vào phương trình trên

I d ( p) =

I0
ω
+ 2U 2
p+ R/L
L( p + R / L ) ( p 2 + ω 2 )

Giải phương trình trên với các hàm
1
1
 −bt b


→ 2
e + sin ωt − cos ωt 
2
2
2 
ω
( p + b)( p + b )
ω +b 

1

→ e −bt
p+b

X = ωL
X
tgϕ =

R
i d = I 0 .e

−R
θ
X

+

−R
θ 

 sin(θ − ϕ ) + sin ϕ .e X 


R2 + X 2 


2U 2

Đối với sơ đồ chỉnh lưu 1pha 2 nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa, tại bất kỳ thời điểm nào thế
điểm M lớn hơn thế điểm N nên không dùng đến diode hoàn năng lượng vì nó sẽ không thể mở được.


2.2.2.2.

Khi tải R+E
D1

A

U21

U1

ud
E

R

M

π

0

N

D2

U22

t
2π
t

id

B

Hình 2.11.

Hình 2.12.

Giá trị trung bình của dòng tải:
θ

2 2U 2  cos θ 1 τ
1 2 2U 2 sin θ − E

Id = ∫
dθ =
− sin θ 1 

π θ1
R
R  π
T

Dòng hiệu dụng qua các cuộn dây MBA
1
2π

I 21 = I 22 =

θ2

∫i
θ

2

21

dθ =

1

2U 2 − E
R

τ
2T

2.2.3.Chỉnh lưu cầu một pha
2.2.3.1. Tải R (L=0)
U

D4

N

D1

A

D2

u,i

ud

0

π

id

t¶i R

id

t¶i RL

D3

B

M

L

R

2π

3π

t

Hình 2.14.

Hình 2.13.

Khi 0 < θ < π, u 2 = 2U 2 sin θ >0 , Diode D1, D2 phân cực thuận, D3,D4 phân cực ngược. Dòng
điện chảy từ điểm A qua D1, qua tải, D2 về điểm B.
Ta có phương trình:

u d = 2U 2 sin θ
Khi π < θ < 2π, u 2 = 2U 2 sin θ <0 Diode D1, D2 phân cực ngược, D3,D4 phân cực thuận. Dòng
điện chảy từ điểm B qua D3, qua tải, D4 về điểm A.
Ta có phương trình

u d = − 2U 2 sin θ
Như vậy điện áp chỉnh lưu trung bình

Ud =

1
2π

2π

∫ ud dθ =
0

Dòng tải trung bình
Id =

U d 2 2U 2
=
R

πR

1
π

π

∫
0

2U 2 sin θdθ =

2 2U 2
π


Dòng trung bình qua một diode

ID =

1
2π

π

∫
0

2U 2 sin θdθ I d
=

R
2

UngVmax= 2 U2.
Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm của mạch là có thể không
cần biến áp. Nhược điểm của nó là luôn có hai diode tham gia dẫn dòng. Như vậy, sẽ có sụt áp do hai
diode gây ra, chính lý do này làm cho mạch cầu không thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp, dòng tải lớn.
2.2.4. Chỉnh lưu hình tia ba pha (tải R)

A

N

L

D1

B

D2

C

D
3

R

ud
id

ud

1/2U2ma

0

x

θ1
M

m

id

θ2
C

θ3
A

θ4

B

i1
i2
i3
uD1

3 2U 2 = 6U 2

Hình 2.15

Hình 2.16

Mạch van gồm ba diode D 1D2D3 mắc thành một nhóm. Ở đây là kiểu catốt chung. Điện áp xoay
chiều đưa vào mạch van là nguồn ba pha đối xứng u 2a, u2b, u2c. Theo sơ đồ ta thấy anốt D 1 đấu với ua; anốt
D2 đấu với ub; anốt D3 đấu với uc; Vì thế:
Trong khoảng θ1 ÷ θ 2 (Tức từ 300 ÷1500), điện áp u2a>u2b, u2c nên diôt D2 dẫn suy ra ud=ua.
Trong khoảng θ 2 ÷ θ3 (Tức từ 1500 ÷2700), điện áp u2b>u2a, u2c nên diôt D3 dẫn suy ra ud=ub.
Trong khoảng θ 3 ÷ θ 4 (Tức từ 2700 ÷3900), điện áp u2c>u2a, u2b nên diôt D3 dẫn suy ra ud=u2c.
1500

1
Ud =
2π / 3 30∫0


3 6
U 2 = 1.17U 2 
2π


Ud

Id =

Rd


2U 2 sin θ =

Dòng điện qua mỗi van chỉ tồn tại trong 1/3 của chu kỳ điện áp nguồn, vì vậy:

I tbv =

Id
3

Vậy điện áp ngược cực đại trên van là điện áp dây cực đại:
ungược van = udây nguồn= 3 2U 2 = 6U 2
Chỉnh lưu hình tia ba pha cần có biến áp để đưa điểm trung tính N ra tải.


2.2.5. Chỉnh lưu cầu ba pha
Mạch van gồm 2 nhóm, các diode D1, D3, D5 đấu kiểu catôt chung (hình 2.15a), nên hoạt động
theo luật 1, vì thế: D1 dẫn trong khoảng θ1 ÷ θ 3 khi ua dương nhất, D3 dẫn trong khoảng θ 3 ÷ θ 5 khi ub
dương nhất, D5 dẫn trong khoảng θ 5 ÷ θ 7 khi uc dương nhất.
Các diode D2, D4, D6 đấu kiểu anốt chung nên:
D2 dẫn trong khoảng θ 2 ÷ θ 4 khi uc âm nhất
D4 dẫn trong khoảng θ 4 ÷ θ 6 khi ua âm nhất
D6 dẫn trong khoảng θ 6 ÷ θ 8 khi ub âm nhất

uf

0

A BC

N

θ

θ

2

θ3

C

θ4

θ5

D3

D6

D5

θ7

t

t
t
t
t

t
t

id
i1
i3

M

i5
i2

L

R

θ6

13,4%

ud

A

D4

-

A

1

D1 N

NK D2

B

A

i4

i

+

6

Hình 2.17.

Hình 2.18.

Bất kỳ ở thời điểm nào cũng có một diode nhóm trên dẫn với một diode của nhóm dưới.Trong một
chu kỳ của điện áp xoay chiều, điện áp u d sẽ hình thành từ 6 đoạn điện áp dây của nguồn xoay chiều theo
thứ tự uab – uac- ubc – uba – uca – ucb. Điện áp trung bình nhận được trên tải là:
900

1
6
Ud =

(u2 a − u2 b )dθ =
∫
2π / 6 300
2π

900

∫ U

300

2m

sin θ − U 2 m sin ( θ − 1200 )  dθ =

3 6
U 2 = 2.34U 2
π

Sơ đồ cầu ba pha dường như là hai sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm diode lẻ chỉnh lưu lấy
điện áp dương, nhóm diode chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm còn lại, vì vậy tổng quát ta có hai
chỉnh lưu ba pha hình tia nối tiếp nhau.
Kết luận:
Điện áp ud của các mạch chỉnh lưu có dạng gợn sóng, không phẳng, gọi là độ đập mạch. Số lần
đập mạch (ký hiệu mđm) trong một chu kỳ của nguồn xoay chiều 2π phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu. Số
đập mạch mđm càng cao thì dạng ud càng phẳng, tức là hệ số đập mạch kđm nhỏ hơn.


Bảng 2.1. Tham số chính của các mạch chỉnh lưu cơ bản
Tham

số

Udo

Itbv

Ungmax

I2

I1

Sba

∆Uγ

mđm

kđm

Một pha
một nửa
chu kỳ

0,45U2

Id

1,14U2

1,57Id

1,21Idkba

3,09Pd

-

1

1,57

Một pha
có điểm
giữa

0,9U2

Id/2

2,83U2

0,58Id

1,11Idkba

1,48Pd

1
X aId

π

2

0,67

Một pha
sơ đồ cầu

0,9U2

Id/2

1,41U2

1,11Id

1,11Idkba

1,23Pd

2
X aId
π

2

0,67

Ba pha

hình tia

1,17U2

Id/3

2,45U2

0,58Id

0,47Idkba

1,35Pd

3
X a Id
2π

3

0,25

Ba pha
sơ đồ cầu

2,34U2

Id/3

2,45U2

0,816Id

0,816Idkba

1,05Pd

3
X aId
π

6

0,057

Sáu pha
hình tia

1,35U2

Id/6

2,83U2

0,29Id

0,58Idkba

1,56Pd

3
X a Id
2π

6

0,057

Sáu pha
có cuộn
kháng
cân bằng

1,17U2

Id/6

2,45U2

0,29Id

0,41Idkba

1,26Pd

3
X a Id
4π

6

0,057

Loại sơ đồ

Bảng 2.1
Udo - trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu;
U2 - trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn;
Itbv - trị số trung bình của dòng điện qua van;
Ungmax – điện áp ngược lớn nhất van phải chịu khi làm việc;
I2, I1 - trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp biến áp nguồn;
Id - trị số trung bình dòng điện ra tải;
kba - hệ số máy biến áp nguồn;
Sba – công suất tính toán máy biến áp nguồn;
Pd – công suất một chiều trên tải; Pd=Udo.Id;
∆Uγ - sụt áp do hiện tượng trùng dẫn gây ra (Khi La ≠0);
kđm - hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu: kđm =

U 1m
; trong đó U1m là biên độ sóng hài cơ bản
Ud0

của điện áp chỉnh lưu theo khai triển Fourier.
2.2.6. Chỉnh lưu m pha tổng quát
Từ các mạch xét ở trên ta thấy, với một mạch chỉnh lưu tổng quát m pha, điện áp U d có dạng như ở
hình dưới. Nó là đường bao theo các điện áp phía nguồn xoay chiều với số đập mạch là mđm, trong đó:


Chỉnh lưu hình tia: mđm= mpha.
Chỉnh lưu cầu: nếu m chẵn mđm= mpha.

nếu m lẻ

mđm = 2mpha.

Biên độ điện áp chỉnh lưu Um cũng phụ thuộc vào sơ đồ đấu van.
Chỉnh lưu hình tia: Um=U pha max = U2m
Chỉnh lưu cầu: nếu m chẵn Um=2U2m.

π
2m
nếu m lẻ Um=2U2m
Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
cos

Ud =

mdm
2π

π
+
mdm

−

∫πU

cos θdθ =

mdm

π
U m sin
π
mdm

mdm

2.3.
2.3.1

m

Hình 2.19. Sơ đồ áp m pha

CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN DÙNG TIRISTO

Khái niệm về góc điều khiển α .

Mạch chỉnh lưu dùng van là diode chỉ cấp ra tải một điện áp xác định U d=kU2, nếu thay diode
bằng tiristo thì để tiristor dẫn dòng cần có đồng thời hai điều kiện: Thứ nhất, điện áp trên van phải dương
UAK>0, điều kiện này hoàn toàn như diode; thứ hai, có dòng điều khiển đủ mạnh tác động vào cực điều
khiển của nó. Như vậy sử dụng điều kiện thứ hai ta khống chế được điểm mở tiristo theo ý muốn. Người
ta sử dụng khái niệm góc điều khiển (còn gọi là góc mở) để mô tả thời điểm mở tiristor.
Góc điều khiển α là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm tiristo được phát xung vào
cực điều khiển để mở van. Thời điểm mở tự nhiên là điểm mà nếu thay van tiristor bằng diode thì nó bắt
đầu dẫn.
2.3.1. Chỉnh lưu điều khiển một pha một nửa chu kỳ
2.3.1.1. Tải thuần trở (L=0)

T

U1

ud

U

id
t

U2

α

R

L

t1 π

xung

t
Hình 2.20.Chỉnh lưu tiristor 1 pha hình tia

Hình2.21.Đồ thị điện áp

Trong sơ đồ này ở giai đoạn (0 ÷ π ) mặc dù điện áp trên tiristo T đã dương, song phải đến thời
điểm α thì tiristo mới nhận được tín hiệu điều khiển IG từ khâu phát xung (FX). Do đó:
Trong giai đoạn (0 ÷ α ) tiristo khoá: ud=0.

Trong giai đoạn (α ÷ π ) tiristo dẫn: ud = u2 (θ )
Trong giai đoạn (π ÷ 2π ) tiristo khoá: ud = 0
Điện áp ud chỉ là một phần của u2 với độ lớn tuỳ thuộc góc α. Ta có:


U dα =

2π

1
2π

∫ ud (θ )dθ =
0

U dα = U d 0

1
2π

π

∫
α

2U 2 sin θ dθ =

2
(1 + cosα )
U2

π
2

(1 + cosα )
= U d 0 f (α )
2

(2.28)

(2.29)

Biểu thức này cho thấy điện áp chỉnh lưu Ud là một hàm phụ thuộc vào góc điều khiển . Như vậy
muốn điều chỉnh điện áp ra tải chỉ cần tác động vào tham số α. Bằng cách thay đổi α từ 0 đến 1800 ta điều
chỉnh được điện áp Ud từ giá trị lớn nhất Ud0 đến giá trị nhỏ nhất (bằng 0).
2.3.1.2. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ với tải RdLd.
Khi tiristo dẫn, ta có phương trình mạch:

u L + uR = u2 = 2U 2 sin θ
did
+ id Rd = 2U 2 sin θ
dt

hay Ld

Dòng điện id( θ ) gồm hai thành phần: dòng cưỡng
bức icb và dòng tự do itd:
id = icb + itd.

ud

U

id

ud

U

id

t
α
xung

π

t

t2

α

eL

t1 π
eL

xung

t

t
Hình 2.22. Khi không có diode

Hình 2.23. Khi có diode

Dòng cưỡng bức chịu sự tác động của nguồn u2
theo thuộc:

icb =

2U 2
Rd 2 + X d 2

sin ( θ − ϕ )
(2.30)

Với: X d = ϖ .Ld ;ϕ = arctg

Xd
Rd

Thành phần tự do là hàm tắt dần theo thời gian:

itd = Ae
Ở đây: τ =

Ld
Rd

−

t
τ

= Ae

−

ϖt
ϖτ

và Q =

Vậy dòng tải là: id =

= Ae

−

θ
Q

ϖ Ld X d
=
= tg ϕ
Rd
Rd
2U 2

Rd 2 + X d 2

sin ( θ − ϕ ) + Ae

−

θ
Q

(2.31)


Hệ số A xác định từ điều kiện đóng mạch có điện cảm id (θ − α ) = 0 . Ta rút ra
A=

2U 2
Rd 2 + X d 2

sin ( α − ϕ ) + e

Cuối cùng ta có: id =

−

α
Q

2U 2
Rd 2 + X d 2

θ −α
−


Q
sin ( θ − ϕ ) − sin ( α − ϕ ) e




(2.32)

Khi có điện cảm Ld, dòng điện kéo dài qua điểm π, và góc dẫn của van λ=(θ3-θ1)>(π-α).
Giá trị λ xác định từ biểu thức trên với điều kiện i(θ=α+λ)=0 và ta có phương trình sau:
sin(α + λ − ϕ ) = sin(α − ϕ )e

−

λ
Q

Đây là phương trình siêu việt và chỉ có thể giải gần đúng.
Dạng điện áp ud
U dα =

α +λ

1
2π

∫

2U 2 sin θ dθ =

α

2U 2 cosα − cos ( α + λ )
.
π
2

cosα − cos ( α + λ )

= U do

2

(2.33)

Khi mạch chỉnh lưu dùng van diode, ta có các quy luật với α=0, được:
id (θ ) =

2U 2
Rd 2 + X d 2

θ
− 

Q
sin(

θ
−
ϕ
)
+
sin
ϕ
e





sin(λ − ϕ ) = − sin ϕ e
U dα = U do

−

λ
Q

(2.34)

(để xác định góc dẫn λ)

1 − cosλ
2

2.3.2. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ (MBA)
2.3.2.1.

Tải R

Góc điều khiển α của các tiristo bằng nhau: α1=α2=α. Sự sai lệch giữa chúng được đánh giá bằng
độ mất đối xứng. Mạch điều khiển có nhiệm vụ đảm bảo độ mất đối xứng không vượt quá 1 0 đến 20
điện.
Theo đồ thị ta nhận được:
U dα =

1
2π

= Ud 0

2π

∫ ud (θ )dθ =
0

(1 + cosα )
2

π

1
2 2
(1 + cosα )
2U 2 sin θ dθ =
U2
∫

πα
π
2

(2.35)


T1
U21

U1

L

R

U22

T2

Hình 2.24.
ud
0
i1

α1

p1

id

t

p2 α3

α2

id

ud
0

p
3

t

i1

t

α

α1 i
1

t
i2

i2

i2

α3

2

t

t
uT

uT1

t

1

t
UT

L=0

b.

a.

Hình 2.25. Đồ thị dòng áp khi L=0
Với Udo=0,9.U2.

1

L=∞

Hình 2.26. Đồ thị dòng áp khi L= ∞

Với tải thuần trở, dạng dòng điện id tương tự dạng điện áp ud, và ta thấy dòng điện sẽ có đoạn bằng
0 (id=0) trong toàn dải điều chỉnh α. Do vậy dòng điện này được gọi là dòng điện gián đoạn.
2.3.2.2. Tải R + Ld
Ở trường hợp này tùy góc mở và tải sẽ có hai dạng dòng i d khác nhau, và được gọi tên riêng là chế
độ dòng điện liên tục và chế độ dòng điện gián đoạn.

Hình 2.27. Đồ thị dòng điện
1. Chế độ dòng điện liên tục

U dα =

1
π

α +π

∫
α

2U 2 sin θ dθ =

2 2
.U 2 cosα = U do cosα
π

Dạng dòng điện id là liên tục và mỗi van dẫn một khoản λ=π.


Ở trạng thái xác lập có quy luật: id(α)=id(α+π)
id =

2U 2
Rd 2 + X d 2

sin(θ − ϕ ) + Ae

−

θ
Q

Đưa điều kiện id(α)=id(α+π) vào biểu thức trên ta xác định được A:
A=

[2 2U 2 sin(α − ϕ )]e
Rd + X d (e
2

2

−

π
Q

α
Q

− 1)

Vậy quy luật dòng điện trong khoảng một van dẫn:
id (θ ) =

Id =

2U 2
Rd 2 + X d 2


θ − (π +α ) 
−
sin(θ − ϕ ) − 2sin(ϕ − α ) .e Q 
π


−
1− e Q



U d U d 0 cosα
=
Rd
Rd

(2.36)

(2.37)

Thông thường đặc tính điều khiển động cơ sẽ tốt hơn khi dòng liên tục, vì thế thực tế điện cảm L d
thường được chọn sao cho đạt được chế độ này.
Mặt khác trong phân tích kỹ thuật, để đơn giản người ta coi L d đủ lớn để dòng điện id có độ gợn
sóng không đáng kể, nên id=Id là giá trị không đổi. Lúc đó trên đồ thị i d là một đường thẳng với giá trị
bằng Id.
2. Giới hạn dòng liên tục
Khi dòng điện qua một van vừa giảm tới 0 thì van tiếp theo cũng đồng thời được phát xung mở ra,
id(θ=π+α)=0. Thay vào biểu thức dòng điện ta xác định được góc điều khiển giới hạn này:

α gh = ϕ = arcta

Xd
Rd

(2.38)

Vậy:
-

Nếu α<αgh ta có chế độ dòng liên tục;

-

Nếu α>αgh ta có chế độ dòng gián đoạn.

Như vậy nếu có Ld>Ldth ta cũng đạt được chế độ dòng liên tục với một tải và góc điều khiển xác định.
2.3.3. Chỉnh lưu hình tia ba pha dùng tiristo

Hình 2.28.
Nếu α>300, tải thuần trở, điện áp ud sẽ có đoạn bằng 0, dòng điện tải id sẽ gián đoạn


U dα =
=

1
2π

2π

∫ ud (θ )dθ =
0

3
2π

π

∫

2U 2 sin θ dθ =

α + 300

3 2

U 2 1 + cos(α + 300 ) 
2π

3 6 1 + cos(α + 300 )
U2
2π
3

= Ud 0

(2.39)

1 + cos(α + 300 )
3

Hình 2.29
Nếu α < 300, điện áp ud luôn lớn hơn 0. Như vậy với tải thuần trở, dòng điện tải id liên tục, do đó:
3
=
2π

U dα

α + 300 +1200

∫

2U 2 sin θ dθ =

α + 300

3 6
U 2cosα = U d 0cosα
2π

(2.40)

2.3.4. Chỉnh lưu điều khiển sơ đồ cầu 1 pha, tải thuần trở.
Dạng điện áp nhận được trên tải sẽ hoàn toàn tương tự cho trường hợp mạch chỉnh lưu hai pha
hình tia
U dα = U d 0

1 + cosα
2

T4
T2

F

Với Ud0=0,9U2
A B C

U

T1

A

NK

T3

B

E

F

T2

T1

T4

T3

T6

T5

R

L

NA

E

L

R

Hình 2.31

Hình 2.30
2.3.5. Chỉnh lưu điều khiển cầu 3 pha

Để đảm bảo sơ đồ hoạt động . Khi phát xung mở một van cần kết hợp phát xung mở van phía
trước nó. Khi không xét đến trùng dẫn, mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn, một của nhóm A và 1 nhóm K,
hoặc không van nào dẫn.
Với tải thuần trở, góc giới hạn θth giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn bằng 600. Vậy:
Nếu α ≤ 600 ta sẽ có quy luật :
Udα=Udo.cosα=2,34.U2.cosα
Nếu α > 600 thì dòng điện sẽ gián đoạn.
U dα

(

)

π
1 + cos α + 600
3
3 6
=
2 3U 2 sin θ dθ =
U2
=
π α +∫600

π
2

= U do

(

1 + cos α + 600
2

)

(2.41)


Hình 2.32. Góc o
2.4. QUÁ TRÌNH CHUYỂN MẠCH VAN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN CẢM
XOAY CHIỀU La.
2.4.1. Các quá trình chuyển mạch
Khi phân tích mạch chỉnh lưu ở các mục trước đây ta coi : Nguồn xoay chiều cấp cho mạch van là
lý tưởng, tức là có tổng trở trong bằng không. Các van là lý tưởng (khóa tức thời khi tiếp giáp bị phân cực
ngược)
Tuy nhiên các nguồn thực tế đều có nội trở, điện kháng nguồn có điện cảm L a. Ngoài ra trong thực
tế các van cần có một thời gian nhất định để giảm dòng và trở về trạng thái khóa hoàn toàn.
Khi nguồn lý tưởng (có La=0)

Hình 2.33
Giả sử van T1 đang dẫn dòng tải Id, tại thời điểm θ1, T2 được phát xung mở. T2 dẫn sẽ làm T1 khoá
ngay. Vì vậy dòng tải Id cũng chuyển ngay từ van T1 sang van T2. Dòng qua T1 giảm đột biến từ giá trị Id
về 0, còn dòng qua T2 lại tăng đột biến từ 0 đến I d . Đây là hiện tượng chuyển mạch van một cách tức

thời.
Khi nguồn không lý tưởng (có La≠ 0)
Giả thiết T1 đang dẫn dòng tải Id ; i1=Id. Thời điểm θ1 phát xung mở T2. Các điện cảm La, với tính
chất chống sự đột biến dòng điện qua nó, sẽ không cho phép dòng qua các van T 1 và T2 biến thiên đột
ngột . Cần phải có một khoảng thời gian để dòng i1 giảm dần từ Id về 0, cũng như để dòng i2 tăng dần từ 0


đến Id. Trong giai đoạn này cả hai van đều dẫn dòng, quá trình chuyển mạch van này gọi là hiện tượng
trùng dẫn. Góc tương ứng giai đoạn này được ký hiệu là γ .

Hình 2.34
2.4.2. Quy luật của chuyển mạch trùng dẫn.
1. Quy luật điện áp udN.
Khi hai van T1, T2 dẫn, ta có sơ đồ thay thế như trên hình 2.35. Theo đó viết được hai phương
trình cần bằng điện áp sau:
udN = u1 − La

di1
dt

udN = u2 − La

di2
dt

Cộng hai phương trình trên được:
 di di 
2udN = u1 + u2 − La  1 + 2 ÷
 dt dt 

Hình 2.35.

Vì i1+i2=Id nếu coi dòng id phẳng hoàn toàn trong khoảng γ , ta có.
 di1 di2  d (i1 + i2 ) dI d
+
=
=0

÷=
dt
dt
 dt dt 

→

udN =

u1 + u2
2

(2.42)

Như vậy: Trong giai đoạn chuyển mạch trùng dẫn, điện áp u dN biến thiên theo quy luật bình quân
các điện áp pha nguồn có van tham gia chuyển mạch.
2. Quy luật dòng điện
Để xác định các dòng điện i1, i2 trong khoảng γ , ta xét dòng vòng i trên sơ đồ mạch trên:
2 La

di
= u2 − u1

dt

Với nguồn m pha, nếu lấy u2 làm gốc thì:

u2 = 2U 2 sin θ = U 2 m sin θ
và

2π 

u1 = U 2 m sin  θ +
÷
m 


Tính hiệu của chúng và sau khi biến đổi ta có:
u2 − u1 = U 2 m sin θ − U 2 m sin(θ +

  π π 
2π
π
) = 2U 2 m sin sin θ −  − ÷
m
m
  2 m 


Và quá trình trùng dẫn bắt đầu ở θ1=
mới tại θ1) để có:
u2 − u1 = 2U 2 m sin

π π
− + α ta dịch trục toạ độ sang điểm này ( gốc tọa độ
2 m

 π π  π π

π
π
sin θ −  − ÷+ − + α  = 2U 2 m sin sin ( θ + α )
m
m
  2 m 2 m


di
π
= 2U 2 m sin sin(θ + α )
dt
m
π
U 2 m sin
di
m sin(θ + α )
=
dt
ϖ La

2 La

i (θ ) = −

2U 2 m sin
Xa

π
m cos(θ + α ) + C

Ở θ = 0 (gốc toạ độ mới tại θ1) có i(0) = 0, tính được hằng số C:
C=

2U 2 m sin
Xa

π
m cosα

Cuối cùng:
i (θ ) =

U 2m
π
sin [ cosα -cos(θ + α ) ]
Xa
m

(2.43)

Quy luật dòng i2 (van mới mở) chính là i(θ). Quy luật dòng i1 là:
i1(θ) = Id - i(θ)

(2.44)

3. Góc trùng dẫn
Xác định từ điều kiện i2 (θ = γ ) = I d .
cosα -cos ( α + γ ) =

X a Id
U 2 m sin

π
m

X a Id

=

2U 2 sin

π
m

(2.45)

2.4.3. Ảnh hưởng của chuyển mạch trùng dẫn
So sánh với điện áp udN không có trùng dẫn ta thấy, khi trùng dẫn điện áp u dN bị mất một đoạn
∆U γ
(phần gạch chéo trên đồ thị ở hình 2.34). Tức là điện áp chỉnh lưu bị nhỏ đi một lượng
:
∆U γ =

m
2π

γ

∫ ( u2 − udN ) dθ =
0

γ

m 
u +u 
u2 − 1 2 ÷dθ

∫
2π 0 
2 

γ

γ

m  u2 − u1 
m
π
=
dθ =
U 2 m sin sin ( θ + α ) dθ

÷

∫
∫
2π 0  2 
2π 0
m
m
π
=
U 2 m sin cosα -cos ( α + γ ) 
2π
m
Thay (2.45) vào biểu thức này ta có:
∆U γ =

X a Id
2π / m

(2.46)

Vậy điện áp chỉnh lưu chỉ còn:
U dα = U do cosα -∆U γ

(2.47)


Lưu ý:
a. Các phân tích trên dành cho quá trình chuyển mạch tại một nhóm van, vì vậy nó hoàn toàn
chính xác cho chỉnh lưu hình tia. Với chỉnh lưu cầu, vì mạch có hai nhóm van nên quá
trình chuyển mạch tồn tại ở cả hai nhóm, do đó các phân tích chỉ đúng cho từng nhóm một,
vì vậy các biểu thức cũng chỉ đúng cho từng nhóm. Sự khác biệt thể hiện ở hai biểu thức

chính.
1. Với udN: Chỉnh lưu hình tia udN = ud
Chỉnh lưu cầu udN # ud và có hai nhóm:
udN1 = ud catốt chung
udN2 = ud anốt chung
ud = udN1 – udN2
2. Với ∆Uγ: Chỉnh lưu hình tia theo (2.46)
Chỉnh lưu cầu phải thêm hệ số 2 vào (2.46) do có hai nhóm cùng gây ra sụt
áp ∆Uγ
b. Chỉnh lưu diode với La # 0 đương nhiên cũng có hiện tượng chuyển mạch với γ. Các biểu
thức tính toán đã có sẽ được thay bởi điều kiện α = 0 (Chỉnh lưu diode có thể coi là trường
hợp đặc biệt của chỉnh lưu tiristor khi góc mở α = 0).
1. Chỉnh lưu hình tia hai pha
u21 =u’2 =

•

2 U2sin θ ,

2 U2sin( θ − π )
u ' + u"
Quy luật điện áp theo 2.42 udN = 2 2 = 0
2

(2.59)

Dòng qua van bắt đầu dẫn theo 2.43:

imở( θ ) =
•

u22 = u’’2 =

U 2m
cosα -cos ( θ +α ) 
Xa 

Dòng qua van bắt đầu khoá theo 2.44:

I khoá (θ ) = I d -imở( θ )
Hình 2.36.

Góc trùng dẫn theo (2.45):
cosα -cos ( α + γ ) =

X a Id
X I
= a d
U 2m
2U 2

Sụt áp do chuyển mạch theo 2.46 với m=2:
U dα = U d 0cosα -∆U γ =

∆U γ =

X a Id
π

X I

X I
2 2
U 2cosα − a d = 0,9U 2cosα − a d
π
π
π

(2.48)

2. Chỉnh lưu hình tia ba pha
Trong giai đoạn chuyển mạch γ :
Quy luật điện áp:
Có ba khoảng chuyển mạch trong một chu kỳ 2π
của điện áp nguồn.
• Đoạn γ 1 : Van T3 chuyển mạch cùng van T1: Vì T3
nối với pha c, van T1 nối với pha a: udN=ud=(ua+uc)/2.
• Ở γ 2: T1 chuyển mạch với T2, có: udN=ud=(ua+ub)/2.
•

Ở γ 3 : T2 chuyển mạch với T3, có: udN=ud=(ub+uc)/2.

Hình 2.37.


Quy luật dòng điện:
•

Van mở ra theo 2.43:

imở( θ ) =

3U 2 m
cosα -cos ( α +θ ) 
Xa 

Van khoá lại theo 2.44: Ikhoá( θ ) = I d -imở( θ )
Biểu thức xác định góc γ :

cosα -cos ( α + γ ) =

2 X a Id 2 X a Id
=
3U 2 m
6U 2

Sụt áp do chuyển mạch theo 2.46 với m=3: ∆U γ =

(2.49)

3X a Id
2π

(2.50)

3X a Id
3X a Id
3 6
U 2 cosα −
= 1,17U 2 cosα −
2π

2π
2π
3. Chỉnh lưu cầu một pha (hình 2.34)
U dα =

Do đó:

(2.51)

Theo nguyên lý hoạt động van phải dẫn theo căp: T1T2 và
T3T4. Vì vậy ở thời điểm θ1, khi van T3T4 đang dẫn ta cho mở
T1T2 thì đồng thời có hai nhóm van chuyển mạch :
T3 chuyển cho T1; T4 chuyển cho T2;
Trong giai đoạn trùng dẫn cả bốn van đều dẫn dòng điện.
Điện áp trên tải cũng sẽ bằng 0 ( giả thiết sụt áp trên các
tiristor đang dẫn bằng không: ud(γ)=0
Sụt áp do trùng dẫn gấp đôi sơ đồ tia hai pha :
2 X a Id
π

∆U γ =

(2.52a)

Góc trùng dẫn
cosα -cos ( α + γ ) =

Và U dα =

2 X a Id

U 2m

(2.52b)

2 X a Id
2 X a Id
2 2
(2.52c )
U 2 cosα −
= 0,9U 2 cosα −
π
π
π

Hình 2.38.

4. Chỉnh lưu cầu ba pha
Với chỉnh lưu cầu nhiều pha, ta thấy quá trình chuyển mạch xảy ra ở cả hai nhóm. Ở đây là:
-

Nhóm lẻ: Chuyển mạch theo vòng tròn:
Nhóm chẵn: Chuyển mạch theo vòng tròn:

Các biểu thức:

∆U γ =

T1 → T3 → T5

T2 → T4 → T6

3X a Id
π

cosα -cos ( α + γ ) =

U dα = U d 0 cosα -∆Uγ =

2 X a Id 2 X a Id
=
3U 2 m
6U 2

3X a Id
3X a Id
3 6
U 2cosα −
= 2, 34U 2cosα −
π
π
π

Hình 2.39.


Mạch cầu ba pha cũng có đặc điểm riêng về trùng dẫn, phân biệt bởi góc γ = 600. Các biểu thức
trên chỉ đúng nếu γ < 600. Hai trường hợp còn lại phức tạp hơn và quy luật khác đi.
2.5.

SÓNG HÀI ĐIỆN ÁP CHỈNH LƯU VÀ HỆ SỐ ĐẬP MẠCH

2.5.1. Sóng hài của Ud
Điện áp chỉnh lưu ud của mạch chỉnh lưu m pha có dạng đập mạch và số lần đập mạch là m đm
trong một chu kỳ nguồn xoay chiều. Như ta đã thấy mđm phụ thuộc vào sơ đồ mạch van:
Sơ đồ hình tia:

mđm = mpha

Sơ đồ cầu:

mđm = mpha nếu mpha là số chẵn
mđm = 2mpha nếu mpha là số lẻ.

Biên độ của điện áp ud cũng phụ thuộc vào sơ đồ mạch van:
Sơ đồ hình tia:

Udm=Upha m =U2m= 2 U2

Sơ đồ cầu:

Udm=2Upha m =2U2m nếu mpha là số chẵn
Udm=2U 2mcos

π
nếu mpha là số lẻ
2mđm

Các dạng điện áp ud là các chỏm hình sin và nó là một hàm tuần hoàn chẵn y(x)=y(-x). Ta có thể
khai triển một hàm tuần hoàn chẵn thành tổng các tín hiệu bao gồm: một tín hiệu một chiều và các tín
hiệu xoay chiều hình sin có tần số là bội của của tần số cơ bản hay còn gọi là các sóng hài bậc cao.

Ta có thể viết hàm ud(θ) dưới dạng hàm cosin (dịch trục
toạ độ sang phải một góc π/2) tức là trong khoảng một chu kỳ
biến thiên của ud, từ -(π/mđm-α) đến (π/mđm+α) có:

ud ( θ ) = U m cosθ
Khai triển Fourier cho dạng ud ( xem hình 2.40 ):
∞

ud ( θ ) = U 0 + ∑  Anđcos ( n.mn mθ ) + B đsin ( n.m mθ ) 
n =1

Với U 0 = U d 0 cosα =U da
Các hệ số An và Bn xác định theo biểu thức:
m
An = đm
π

α+

π
mđm

∫π

α−

mđm

Hình 2.40.
U mđcosθ cos ( n.m mθ ) dθ

Bn =

mđm
π

α+

π
mđm

∫π

α−

U mđcosθ sin ( n.m mθ ) dθ

mđm

Sau khi tính toán và biến đổi có triển khai Fourier

Hình 2.40.

về sóng hài của điện áp chỉnh lưu:

 ∞ 2 ( -1) n +1
ud ( θ ) = U dđ0cosα 1+∑
đ 2
 n=1 ( n.m đm ) − 1

( n.m nmtgα )

2

+ 1.cos  n.m

m

(θ −α ) + ζ


  (2.53)


Với tgζ nđm= n.m tgα
2.5.2. Hệ số đập mạch của chỉnh lưu
Biểu thức (2.53) cho phép xác định hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu:
kđm =

U1m
U0

Với U1m là biên độ sóng hài bậc một (n=1):
ud 1 ( θ ) = [ U dđ0 cosα
= U1mđcos  m
Ở đây:

U1m = [ U dđ0 cosα

2

( m mđ tgα )

m −1
2
đm

m

2

] cos m m ( θ − α ) + ζ 1 

+1

( θ − α ) + ζ 1 
2

( m mtgα )

m −1
2
đm

2

+1

(2.54)

]

tgζ 1 = mđmtgα
Từ (2.54) ta có hệ số đập mạch chỉnh lưu:
kđm =

2
m −1
2
đm

( m đmtgα )

2

+ 1.cos  m đm ( θ − α ) + ζ 1 

Theo biểu thức này ta thấy hệ số đập mạch tỉ lệ thuận với góc α và tỉ lệ nghịch với mđm.
Theo các biểu thức trên, thí dụ cho trường hợp chỉnh lưu diode (α=0) ta có sóng hài bậc một của
một số mạch như sau:
2
U1 ( θ ) = U d 0cos2θ
3
1. Với mđm=2;

Suy ra hệ số đập mạch: kđm =

U1m 2
= = 0, 667

Ud 0 3

2. Với mđm=3
1
U1 ( θ ) = U dđm
0 cos3θ ⇒ k
4

= 0, 25

3. Với mđm=6
U1 ( θ ) =

2
U dđm
0 cos6θ ⇒ k
35

= 0, 057


Đây chính là các số liệu kđm có trong bảng 2.1
2.6.

BỘ LỌC MỘT CHIỀU

Hình 2.41
Hệ số đập mạch của chỉnh lưu phụ thuộc vào số đập mạch m đm và góc điều khiển α. Với một mạch
chỉnh lưu xác định, số đập mạch m đm = const, hệ số đập mạch k đm tốt nhất khi α = 0 (Van diode), trong
quá trình điều chỉnh α, hệ số này luôn kém hơn. Trường hợp k đm(α) không thoả mãn yêu của tải, cần đưa

thêm mạch lọc một chiều nhằm cải thiện hệ số đập mạch. Hiệu quả của khâu lọc được đánh giá bằng hệ
số san bằng:
k sb =

kđmvào
kđmra

(2.55)

Ta luôn có kđm vào>kđm ra do đó ksb >1 và ksb càng lớn hơn một càng tốt
1. Lọc điện cảm (hình 2.41a)
Loại này chỉ dùng một điện cảm L mắc nối tiếp với tải. Theo khai triển Fourier ở biểu thức
(2.53), điện áp chỉnh lưu có thể coi gồm hai loại nguồn điện áp; nguồn một chiều U 0 = U d 0cosα , và
nguồn xoay chiều là các sóng hài u ~. Bây giờ ta có sơ đồ thay thế mạch như trên hình 2.41. Tác động của
các nguồn.
•

Nguồn U0 không bị điện cảm cản trở nên ta có: U0t=U0.

• Nguồn xoay chiều sẽ bị sụt áp trên L, trước khi
đưa đến tải theo quan hệ chia điện áp: X L càng lớn
hơn Rt thì thành phần xoay chiều trên Rt càng nhỏ,
và điều này càng tốt bởi thành phần điện xoay
chiều gây nên độ đập mạch của điện áp:

U~ =

U~
Rt
Z = X L 2 + Rt 2

Z
với

Hình 2.42

Để xác định ksb ta chỉ cần sóng hài bậc 1. Từ các phân tích trên ta có:
k sb =

Do

U1ra

kđmvao
kđmra

U1vao
U
U
= 0 = 1vao
U1ra
U1ra
U0

Z
U
k sb =
=
= U t = U1 1vao Rt
Rt
Z

nên:

X L 2 + Rt 2
Rt

2

X 
= 1+  L ÷
 Rt 

Với: XL= ωđmL = mđmω1L ( ω1 là tần số góc của nguồn xoay chiều đưa vào mạch van ) ta rút ra
điện cảm lọc cần có để đảm bảo hệ số san bằng cần thiết: