Thiết kế phương án xây dựng bài thí nghiệm thực hành chỉnh lưu

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

PHẦN MỞ ĐẦU
I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Như chúng ta đã biết, so với các hiện tượng vật lí khác như cơ, nhiệt,
điện, quang… thì hiện tượng điện từ được phát hiện chậm hơn. Tuy nhiên,
việc khám phá ra hiện tượng điện từ đã thúc đẩy mạnh mẽ cuộc cách mạng
khoa học kĩ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa - kĩ thuật
điện cũng là một ngành kĩ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ. Trong
chương trình đào tạo của Bộ giáo dục, để đáp ứng yêu cầu giáo dục, hướng
nghiệp, dạy nghề thì kĩ thuật điện được đưa vào chương trình học và trở thành
một môn học rất quan trọng.
Trên cơ sở rèn luyện và nâng cao kĩ năng thực hành của người học,
giúp người học củng cố được kiến thức lý thuyết của bộ môn kĩ thuật điện nói
chung và mạch chỉnh lưu nói riêng thì việc xây dựng một tài liệu đầy đủ, chi
tiết hệ thống bài thực hành- thí nghiệm mạch chỉnh lưu trong chương trình kĩ
thuật điện là vô cùng cần thiết.
Hiện nay, hầu hết các tài liệu viết về vấn đề này không có hoặc có cũng
rất sơ sài. Do các thiết bị cần dùng để làm thực hành- thí nghiệm đa số người
học chỉ mới tiếp xúc lần đầu nên việc phân biệt được các thiết bị, hình dung
được hình dáng của các thiết bị để tiến hành lắp ráp là rất khó khăn. Vì vậy,
để giúp người học đọc tài liệu và nhìn vào sơ đồ là có thể tự mình tiến hành
lắp ráp bài thực hành- thí nghiệm được ngay thì việc xây dựng một tài liệu
trong đó có cơ sở lý thuyết đầy đủ, chi tiết và cả việc mô tả các thiết bị là rất
cần thiết.
Chính vì những lý do trên mà tôi đã chọn đề tài Thiết kế phƣơng án
xây dựng bài thí nghiệm - thực hành: “Chỉnh lƣu” làm đề tài cho khóa
luận tốt nghiệp của mình.
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

1


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nhằm thiết kế phương án xây dựng bài thực hành - thí nghiệm “chỉnh lưu”.
III.NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Xây dựng cơ sở lý luận cho các nội dung bài thí nghiệm - thực hành và
đưa ra cách thức tiến hành thí nghiệm các mạch chỉnh lưu cơ bản.
IV.ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Bài thí nghiệm - thực hành “ chỉnh lưu ”.
V.PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kết hợp lý thuyết và thực hành.

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

2


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

PHẦN NỘI DUNG
CHƢƠNG 1
XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC
HÀNH “CHỈNH LƢU ”
1.1. TÌNH HÌNH HIỆN TẠI
1.1.1. Nội dung chƣơng trình đào tạo môn thực hành - thí nghiệm kĩ
thuật điện
Bài thực hành: “ Chỉnh lưu ” là một trong 10 bài thực hành - thí nghiệm
kĩ thuật điện trong chương trình đào tạo ngành sư phạm kĩ thuật ở trường Đại
học sư phạm Hà Nội 2.
Nội dung bài thực hành có:
Thực hành mắc mạch, đo đạc các mạch.
- Chỉnh lưu một nửa chu kì.
- Chỉnh lưu cả chu kì: hình tia, hình cầu.
- Chỉnh lưu ba pha.
- Lọc điện.
1.1.2. Tình hình hiện tại về tài liệu thực hành- thí nghiệm kĩ thuật điện
Hiện tại, trên phòng thực hành - thí nghiệm chưa có tài liệu viết chi tiết
về bài thực hành - thí nghiệm “ chỉnh lưu” . Thông thường, trước khi làm thực
hành, sinh viên được giáo viên hướng dẫn bằng một số giờ lý thuyết rồi dựa
vào đó để tiến hành làm bài. Sự chuẩn bị chủ động của sinh viên đối với bài
thực hành - thí nghiệm có thể nói là chưa có nên sinh viên rất lúng túng khi
làm bài thực hành.
1.1.3. Nhận xét và kết luận
Với tình hình hiện tại của tài liệu thực hành- thí nghiệm kĩ thuật điện
như trên thì để sinh viên có thể tự mình đọc tài liệu làm bài thực hành mạch
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

3


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

chỉnh lưu là rất khó khăn. Trong khi đó thí nghiệm mạch chỉnh lưu không
những là một bài thực hành mà nó còn mang tính chất lý thuyết nên việc xây
dựng lý thuyết cho nội dung thực hành mạch chỉnh lưu là rất cần thiết, khi đó
sẽ giúp cho sinh viên tự mình làm bài thực hành- thí nghiệm “ chỉnh lưu ”
được hiệu quả hơn rất nhiều.
1.2. CĂN CỨ ĐỂ XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN
1.2.1. Căn cứ xây dựng bài thí nghiệm – thực hành
Căn cứ theo chương trình thực hành – thí nghiệm kĩ thuật điện trong
chương trình đào tạo ngành Sư phạm kĩ thuật ở trường Đại học sư phạm Hà
Nội 2, bài 9 – Mạch chỉnh lưu có các nội dung chính:
Thực hành mắc mạch, đo đạc các mạch.
- Chỉnh lưu một nửa chu kì.
- Chỉnh lưu cả chu kì: hình tia, hình cầu.
- Chỉnh lưu ba pha.
- Lọc điện.
Như vậy, việc xây dựng bài thực hành – thí nghiệm “ chỉnh lưu” với
nội dung là các mạch chỉnh lưu cơ bản sẽ đáp ứng cho người học trong
chương trình thực hành – thí nghiệm kĩ thuật điện.
1.2.2. Mục đích của bài thực hành – thí nghiệm
Thiết kế được các mạch chỉnh lưu cơ bản.
1.3. SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT
1.3.1. Giới thiệu chung về mạch chỉnh lƣu

1.3.1.1. Cấu trúc mạch chỉnh lưu
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành
năng lượng dòng điện một chiều.
Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong
thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh lưu như trên hình 1.1.
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

4


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

P~
U1~

Biến áp

P~
U2~

Khóa luận tốt nghiệp

Mạch
van

P=
Ud , Id

Kđmv

Mạch
lọc

P=
Ud , Id

Kđmra

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lƣu
Trong sơ đồ có máy biến áp làm hai nhiệm vụ chính là:
- Chuyển từ điện áp qui chuẩn của lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp
U2 thích hợp với yêu cầu của tải. Tùy theo tải mà máy biến áp có thể là tăng
áp hoặc giảm áp.
- Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch
van. Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể cần số
pha là 6, 12…
Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van đòi
hỏi số pha như lưới điện thì có thể bỏ máy biến áp.
Mạch van ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào
đó để có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu.
Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho
tải là bằng phẳng theo yêu cầu.
1.3.1.2. Phân loại
Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây:
1) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba pha,
sáu
pha…
2)Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van

Hiện nay chủ yếu dùng hai loại van là Điôt và Tiristo, vì thế có ba loại
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

5


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

mạch sau:
 Mạch van dùng toàn Điôt, được gọi là chỉnh lưu không điều khiển.
 Mạch van dùng toàn Tiristo, gọi là chỉnh lưu điều khiển.
 Mạch chỉnh lưu dùng cả hai loại Điôt và Tiristo, gọi là chỉnh lưu bán
điều khiển.
3)Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau
Có hai kiểu mắc van:
 Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho
mạch van. Tất cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau –
hoặc catôt chung, hoặc anôt chung.
 Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp
cho mạch van. Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catôt, nửa kia
lại mắc chung nhau anôt.
Như vậy, khi gọi tên một mạch chỉnh lưu, người ta dùng ba dấu hiệu
trên để chỉ cụ thể mạch đó. Thí dụ: Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển, có
nghĩa là mạch chỉnh lưu này dùng kiểu mắc van theo sơ đồ cầu, nguồn cấp
cho mạch van là ba pha, và dùng 6 van có cả Điôt và Tiristo.
1.3.1.3. Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu

Các tham số này dùng để đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật trong phân tích
hoặc thiết kế mạch chỉnh lưu, gồm có ba nhóm tham số chính như dưới đây:
1.Về phía tải
Ud – giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh
lưu:

Ud =

=

(1.1)

Id – giá trị trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra:

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

6


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Id =
Pd = Ud . Id

(1.2)

là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu.

2. Về phía van
Itbv – giá trị trung bình của dòng điện chảy qua một van của mạch van.
Ungmax – Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu được khi làm việc.
Đây là hai tham số giúp việc lựa chọn van phù hợp để không hỏng khi
hoạt động trong mạch.
3. Về phía nguồn
Thể hiện bằng công suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thông thường sử
dụng theo công suất biểu kiến của biến áp:

Sba =

= ksđPd

(1.3)

Trong đó:
S1 = U1.I1

(1.4)

S2 =

(1.5)

Ở đây các giá trị U1 , I1 , U2i , I2i là trị số hiệu dụng của điện áp và dòng
điện phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Do phía thứ cấp có thể có nhiều
cuộn dây, nên phải tổng cộng công suất của tất cả m cuộn dây.
Để đánh giá khả năng biến đổi công suất xoay chiều thành một chiều,

công suất lấy từ lưới điện Sba được so sánh với công suất một chiều Pd mà tải
nhận được qua hệ số sơ đồ ksđ. Hệ số này càng gần 1 càng chứng tỏ mạch có
hiệu suất biến đổi tốt hơn.
Ngoài nhóm ba tham số trên còn có một tham số dùng để đánh giá sự
bằng phẳng của điện áp một chiều nhận được, gọi là hệ số đập mạch k đm,
được xác định theo biểu thức:

Kđm =
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

7


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Trong đó U1m là biên độ sóng hài bậc 1 theo khai triển Fourier của điện
áp chỉnh lưu và U0 là thành phần cơ bản cũng theo khai triển này. U0 cũng
chính là giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu, tức là U0 = Ud.
1.3.1.4. Luật dẫn của van
Mạch van để thực hiện quá trình chỉnh lưu có khá nhiều, tuy nhiên
chúng đều tuân theo hai kiểu mắc với nhau là mắc catôt chung và mắc anôt
chung. Vì thế chỉ cần nhận biết hai qui luật dẫn này, ta có thể phân tích toàn
bộ mạch van chỉnh lưu có trong thực tế.
1.Nhóm van đấu catôt chung
φA1

Đ1

φA2

Đ2

φKC

φK1

Đ1

φK2

Đ2

:
φAn

φAC

:

Đn

φKn

Đn

a)

b)

Hình 1.2: a) Van đấu catôt chung ;

b) Van đấu anôt chung

Hình 1.2a là mạch van khi tất cả các điôt có catôt đấu với nhau. Luật
dẫn của nó được phát biểu như sau:
Van có khả năng dẫn là van có điện thế anôt của nó dương nhất trong
nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế anôt này dương hơn điện thế ở
điểm catôt chung φKC. Thí dụ, ở thời điểm hiện tại ta có:
φA1 > φA2 > φA3 >……..>φAn
và đồng thời φA1 > φKC thì van Đ1 sẽ dẫn. Lúc đó, nếu coi sự sụt áp trên van
bằng 0 thì khi Đ1 đã dẫn ta thấy φKC = φA1. Điều này dẫn đến điện áp trên các
van còn lại sẽ âm:

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

8


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

φAK2 = φA2 – φKC = φA2 – φA1 < 0
………………………………….

φAKn = φAn – φKC = φAn – φA1 < 0
Như vậy các van còn lại sẽ phải khóa, không dẫn được.
2. Nhóm van đấu anôt chung
Ở nhóm van đấu anôt chung ( hình 1.2b ) có luật dẫn sau: Van có khả
năng dẫn là van có điện thế catôt âm nhất trong nhóm, nhưng nó chỉ dẫn được
nếu điện thế này âm hơn điện thế điểm anôt chung φAC.
Trong chương này sẽ áp dụng hai luật dẫn trên để phân tích các mạch
chỉnh lưu thông dụng, trong đó sẽ coi các van là lý tưởng, như vậy khi dẫn sụt
áp trên van bằng không ( ΔuAK = 0 ).
1.3.2. Các mạch chỉnh lƣu cơ bản
Số lượng mạch chỉnh lưu khá nhiều, song chủ yếu là một số mạch
chính được gọi là mạch cơ bản. Những mạch này được xác định các tham số
với mạch dùng van là Điôt và tải thuần trở.
1.3.2.1. Chỉnh lưu một nửa chu kì
U2

θ

i2

Đ

id

+(-)
U1

θ

U2

π

2π

π

2π

Rd u d
ud

- (+)
Đ dẫn

Đ khóa

Hình 1.3
Chỉnh lƣu một nửa chu kì
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

9


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Mạch van chỉ có một van duy nhất là điôt Đ ( hình 1.3 ). Do vậy ở
nửa chu kì đầu ( 0

π ) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0 với cực tính

dương ở trên thì điôt Đ dẫn. Vì coi ΔUĐ = 0 nên có ud
sau ( π

u2. Ở nửa đầu chu kì

) điện áp u2 đảo dấu ( cực tính trong ngoặc trên sơ đồ ) nên điôt

Đ khóa, vì thế Ud = 0. Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

Ud =

=

Vì tải thuần trở nên:

=
Id =

= 0,45 U2 (1.6)

(1.7)

Theo mạch ta thấy dòng qua van chính là dòng qua tải và dòng chảy
qua cuộn thứ cấp biến áp, vì vậy Itbv = Id
Điện áp ngược trên van chỉ xuất hiện khi van khóa, tức là trong

khoảng ( π

2π ). Theo sơ đồ lúc đó uAK = u2 , do đó điện áp ngược trên van

bằng biên độ của điện áp thứ cấp máy biến áp U2m =

U2.

*) Ưu điểm: Mạch điện rất đơn giản, chỉ dùng 1 điôt.
*) Nhược điểm: Mạch điện chỉ làm việc trong mỗi nửa chu kì nên
hiệu suất sử dụng biến áp nguồn thấp. Dạng sóng ra có độ gợn sóng lớn, việc
lọc san bằng độ gợn sóng khó khăn, hiệu quả kém nên thực tế ít dùng.
1.3.2.2. Mạch chỉnh lưu cả chu kì hình tia
Thực chất, theo phân loại thì đây là mạch chỉnh lưu hình tia hai pha
(hình 1.4a), vì biến áp đã biến điện áp một pha ở sơ cấp u 1 thành hai điện áp
ngược pha nhau 1800 ở thứ cấp u2’ và u2”.
Ở mạch van này các điôt Đ1, Đ2 đấu theo kiểu catôt chung, vì vậy
chúng sẽ làm việc theo luật dẫn 1 trong đó anôt của điôt Đ1 nối với u2’, còn
anôt của điôt Đ2 nối với điện áp u2”. Vì vậy trong khoảng (0

Vũ Thanh Kim Huệ

), điôt Đ1 dẫn

K32D - SPKT

10


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

do u2’ > u2”; còn trong khoảng (π

Khóa luận tốt nghiệp
) thì Đ2 dẫn do u2” > u2’. Do đó điện áp

chỉnh lưu ud sẽ có dạng ở hình 1.4b với:
ud = u2’ ở 0
ud = u2” ở π

Đ1

u2’
Rd

u2”
π

2π

π

2π

θ
u2’
ud

U1
u2” Đ2
a)

θ

Đ1 dẫn

Đ2 dẫn

Đ2 khóa Đ1 khóa

b)

Hình 1.4
Chỉnh lƣu cả chu kì hình tia
Theo đồ thị ud(θ) ta thấy dạng ud có hai đoạn giống nhau, tức là chu
kì lặp lại của ud chỉ là π mà không phải 2π, nên:
Ud =

=

U2 = 0,9 U2 (1.8)

Và

Id =

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

11

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Do mỗi điôt chỉ dẫn một nửa chu kì điện áp lưới, trong khi dòng tải
tồn tại cả hai nửa chu kì, do vậy dòng trung bình qua điôt bằng một nửa dòng
tải:
Itbv =

Để xét điện áp ngược trên van,

+

ta giả sử Đ1 dẫn, Đ2 khóa ( giai đoạn 0

-u2’

π). Lúc này theo sơ đồ ở hình 1.5 ta thấy

Uu2”

Đ2 được đấu song song với 2 cuộn thứ

Đ2

thứ cấp nối tiếp nhau, vì vậy:

Hình 1.5

uĐ2 = u2’ – u2”
=
=2

U2sin(θ – 1800) –

U2sinθ

U2sin(θ – 1800)

nên điện áp ngược cực đại trên điôt Đ2 là 2

U2.

*) Ưu điểm: Điện áp một chiều lấy ra có độ gợn sóng nhỏ, dễ lọc,
hiệu quả lọc tốt.
*) Nhược điểm: Điôt phải chịu điện áp ngược cao, mạch buộc phải
có biến áp đổi số pha. Hơn nữa một số thông số khác cũng không tốt.
Mạch chỉnh lưu này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ đên
vài
KW, nó thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp vì sụt áp trên đường ra tải chỉ có
một van.
1.3.2.3. Mạch chỉnh lưu cả chu kì hình cầu

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

12

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Mạch chỉnh lưu gồm 4 van Đ1

Đ4 đấu thành hai nhóm ( hình 1.6a

): Đ1Đ3 nhóm catôt chung; Đ2Đ4 nhóm anôt chung. Nguồn xoay chiều đưa vào
mạch van có thể lấy trực tiếp từ lưới điện hoặc thông qua biến áp.
a
Đ1

u2
Đ3
id

u2

(-)+

ud

π

2π

π

2π

θ
(+) Đ4

ud

Đ2

θ
Đ1, Đ2 dẫn Đ3, Đ4 dẫn

b
a)

b)

Đ3,Đ4 khóa Đ1,Đ2 khóa

Hình 1.6
Chỉnh lƣu cả chu kì hình cầu
Trong nửa chu kì đầu: 0

, điện áp u2 > 0 với cực tính không trong

ngoặc trên sơ đồ. Ta thấy với nhóm catôt chung Đ 1Đ3 thì anôt Đ1 là dương
hơn anôt Đ3 vì vậy Đ1 sẽ dẫn.
Như vậy nửa chu kì đầu Đ1, Đ2 dẫn. Trong nửa chu kì sau (

)

điện áp u2 < 0 với cực tính đảo lại ( trong dấu ngoặc ), lý luận tương tự ta thấy
điôt Đ3, Đ4 dẫn, còn điôt Đ1, Đ2 khóa.
Đối với điện áp ra tải, ta luôn thấy điểm a trong cả hai nửa chu kì đều
được nối với cực tính dương (+) của nguồn u2, và điểm b luôn được nối với
cực tính âm ( - ) của u2. Vì vậy điện áp ra tải ud của chỉnh lưu hình tia hai pha
ta thấy chúng hoàn toàn giống nhau, do đó ta cũng có:

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

13


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Ud =

Khóa luận tốt nghiệp

U2 = 0,9 U2

Id =

(1.9)

Dòng điện qua mỗi điôt chỉ tồn tại trong một nửa chu kì, do đó I tbv =
tương tự như sơ đồ trên.
Tuy nhiên điện áp ngược trên van

đang khóa không tương tự. Giả sử Đ1, Đ2

u2 +

dẫn, Đ3, Đ4 khóa, ta có sơ đồ thay thế như

-

Đ3
Đ4

ud
trên hình 1.7. Rõ ràng hai điôt Đ3, Đ4 đấu
song song với nhau và nối thẳng vào nguồn

Hình 1.7

U2. Vì thế điện áp ngược trên chúng chỉ bằng điện áp nguồn U2:
UngVmax =

U2

*) Ưu điểm: Độ gợn sóng nhỏ, dễ lọc, biến áp nguồn không có yêu
cầu đặc biệt.
*) Nhược điểm: Có hai điôt tham gia dẫn dòng, như vậy sẽ có sụt áp
do hai điôt gây ra.
Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, nhất
là
với điện áp trên 10V, dòng tải có thể đến một trăm ampe.
1.3.2.4. Chỉnh lưu hình tia ba pha

Mạch van gồm ba điôt Đ1 Đ2 Đ3 mắc thành một nhóm (hình 1.8a), ở
đây là kiểu catôt chung, do vậy chúng sẽ hoạt động theo luật dẫn 1. Điện áp
xoay chiều đưa vào mạch van là nguồn ba pha đối xứng u a, ub, uc. Theo sơ đồ
ta thấy anôt Đ1 đấu với ua; anôt Đ2 đấu với ub; anôt Đ3 đấu với uc. Vì thế:
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

14


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Trong khoảng θ1 θ2 ( tức từ 300

1500), điện áp ua > ub, uc nên điôt

Đ1 dẫn, suy ra ud = ua.
Trong khoảng θ2 θ3 ( tức từ 1500

2700), điện áp ub > ua, uc nên

điôt Đ2 dẫn, suy ra ud = ub.
Trong khoảng θ3 θ4 ( tức từ 2700

3900), điện áp uc > ua, ub nên

điôt Đ3 dẫn, suy ra ud = uc.

a Đ1

A

b Đ2

B

ud

id

C
c Đ3
a)

Rd
u2
ua
θ1

ua =

U2

ub =

U2

)

ub =

U2

)

ub
θ2

uc
θ3

θ4

ud
ua
θ1
b)

ub
θ2

uc
θ3

θ4

Đ1 dẫn Đ2 dẫn Đ3 dẫn

Hình 1.8
Chỉnh lƣu hình tia ba pha

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

15


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Như vậy điện áp ra tải ud luôn lấy các điện áp pha dương nhất của
nguồn, theo đồ thị ở hình 2.8b của ud, ta có:
Ud =

=

U2 = 1,17 U2

(1.10a)

Id =

(1.10b)

Dòng điện qua mỗi van chỉ tồn tại trong 1/3 của chu kì điện áp

nguồn, vì vậy:
Itbv =
Điện áp ngược trên van dễ dàng xác

a

định với giả thiết Đ1 dẫn, ta có sơ đồ thay thế

b

ở hình 2.9. Ở đây các điôt đang khóa Đ2 và

c

Đ2
Đ3

Đ3 sẽ được đấu vào điện áp dây của nguồn

Hình 1.9

xoay chiều, do đó:
ungược van = udây nguồn
Vậy điện áp ngược cực đại trên van là điện áp dây cực đại:
Ung max = Udây max =

U2 =

U2

(1.11)

Chỉnh lưu hình tia ba pha có đặc điểm tương tự chỉnh lưu hình tia hai
pha. Để mạch hoạt động cần có biến áp để đưa điểm trung tính N ra tải. Vì
mạch dùng nguồn ba pha nên công suất có thể tăng lên nhiều, dòng điện tải
đến vài trăm ampe.
1.3.2.5. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha

Đ1

Đ3

Đ5

Đ1

Đ3

Đ5

a
b

ud Rd

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

16

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

c
Đ4

Đ6

Đ2

Đ6

Đ2

Đ4

Đ6

a)
ud
Đ1

id

a

uab uac ubc uba uca ucb

ud Rd
Đ6

b
b)

c)

Hình 1.10
Chỉnh lƣu cầu ba pha
Mạch van gồm hai nhóm, các điôt Đ1, Đ3, Đ5 đấu kiểu catôt chung
(hình
1.10), nên hoạt động theo luật dẫn 1, vì thế: Đ1 dẫn trong khoảng θ1

θ3 khi

ua
dương nhất, Đ3 dẫn trong khoảng θ3
khoảng θ5

θ5 khi ub dương nhất, Đ5 dẫn trong

θ7 khi ua dương nhất.

Các điôt Đ2, Đ4, Đ6 đấu kiểu anôt chung nên:
Đ2 dẫn trong khoảng θ2

θ4 khi uc âm nhất;

Đ4 dẫn trong khoảng θ4

θ6 khi ua âm nhất;

Đ6 dẫn trong khoảng θ6

θ8 khi ub âm nhất.

Đối chiếu theo đồ thị dẫn các van trên hình 1.10c ta thấy, bất kì ở
thời điểm nào cũng có một điôt nhóm trên dẫn với một điôt của nhóm dưới.
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

17


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Thí dụ trong khoảng θ1

Khóa luận tốt nghiệp

θ2 là điôt Đ1Đ6 dẫn. Lúc đó theo sơ đồ thay thế ở

hình 2.10b ta thấy điện áp ra tải ud chính là điện áp dây của nguồn xoay chiều
uab. Làm tương tự như vậy ta sẽ thấy rằng, trong một chu kì của điện áp xoay
chiều, điện áp ud 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 nhận được trên tải là:
Ud =

=

=
= 2,34 U2

(1.12)

So sánh giá trị này với trường hợp chỉnh lưu ba pha hình tia, ta thấy
nó có trị số gấp hai lần. Điều này có thể thấy theo sơ đồ ở hình 1.10a, sơ đồ
cầu ba pha dường như là hai sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm điôt lẻ
chỉnh lưu lấy điện áp dương, nhóm điôt 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.
Điện áp ud của các mạch chỉnh lưu có dạng gợn sóng, không phẳng,
gọi là độ đập mạch. Số lần đập mạch ( kí hiệu mđm ) trong một chu kì 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.

CHƢƠNG 2
CÁC LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ CÓ TRONG MẠCH ĐIỆN CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH
“Chỉnh lƣu”
2.1. CÁC LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ CÓ TRONG MẠCH ĐIỆN
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

18


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.1.1. Máy biến áp
2.1.1.1. Cấu tạo
Máy biến áp có hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn.
- Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, gồm
nhiều lá thép mỏng kĩ thuật điện được ghép lại với nhau.
- Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng ( hoặc
nhôm ) có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
Máy biến áp dùng trong mạch chỉnh lưu có hai loại:

a)

b)
Hình 2.1
Máy biến áp dùng trong mạch chỉnh lƣu

+ Máy biến áp có dây quấn thứ cấp có hai đầu dây ra.(hình 2.1a)
+ Máy biến áp có dây quấn thứ cấp có ba đầu dây ra. (hình 2.1b ). Loại này,
cuộn thứ cấp của máy biến áp được quấn làm hai nửa cân xứng nhau.
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

19


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.1.1.2. Nguyên lý làm việc
Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn
W1 và W2.
- Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng
điện từ. Khi ta nối dây quấn sơ cấp W1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1
sẽ có dòng điện sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp W1. Dòng điện I1 sinh ra
từ thông biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng ( xuyên qua )
đồng thời cả hai dây quấn sơ cấp W1, thứ cấp W2 được gọi là từ thông chính.
İ1

İ2

W1

1

W2

2



Hình 2.2
Sơ đồ nguyên lý máy biến áp
Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm
ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động là:
e1 = - w1.
và cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động là:
e2 = - w2.

Trong đó w1, w2 là số vòng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
+ Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện
thứ cấp I2 = 0, từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng sơ cấp I0 sinh ra.
Lúc này I1 = I0 được gọi là dòng từ hóa ( hay dòng không tải ). I0 có
giá trị bằng 5 – 10% I định mức.

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

20


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

+ Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở tải
Zt. Dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp i2 cung cấp điện
cho
tải. Khi ấy từ thông chính do đồng thời cả hai dòng sơ cấp i1 và i2 sinh ra.
- Vì U1 biến thiên sin nên từ thông chính Φ cũng biến thiên sin, chọn
điều kiện đầu để: Φ = Φm.
Khi đó
e1 = -

Φm

==

2 f

= 4,44f
= E1
Trong đó
E1 = 4,44

Φf

Là giá trị hiệu dụng sinh ra trên cuộn sơ cấp.
Tương tự ta có:
e2 = = 4,44f
=E2
Trong đó:

E2 = 4,44

fΦ

Là trị số hiệu dụng sức điện động thứ cấp.
Ta thấy sức điện động thứ cấp và sơ cấp cùng tần số nhưng trị số
hiệu dụng khác nhau.
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

21


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Nếu chia E2 cho E1 ta có:
k=

=

k được gọi là hệ số biến áp.
- Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí có
thể gần đúng: U1
=

E1 ; U2
=

E2

=k

Nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và thứ cấp bằng tỉ số vòng dây.
Đối với máy tăng áp có: U2 > U1 ;

>

Đối với máy giảm áp có: U2 < U1 ;

<

Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau

về điện nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây quấn
sơ cấp
sang dây quấn thứ cấp.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng quan hệ
giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau:
U2I2

U1I1

Hoặc

k

2.1.1.3. Biến áp nguồn mạch chỉnh lưu
Biến áp nguồn cho mạch van chỉnh lưu làm việc không giống với các
biến áp nguồn thông thường, 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 lí tưởng ( không có tổn thất ). Ta xem
xét vấn đề này trên thí dụ mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kì với tải
thuần trở.
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

22


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

u2
π

2π

θ

2π

θ

i2
π
i2~
θ
i1~
θ

Hình 2.3
Công suất biến áp được tính theo công thức: Sba =

=

Quan hệ về biến áp như đã biết:
= kba =
Ở đây

,

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 tải thuần trở nên dòng điện thứ cấp i 2 có dạng giống điện áp chỉnh
lưu, tức là i2 = id =

. Do vậy trị số hiệu dụng của dòng thứ cấp là:
I2 =

=

Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

23


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

=

=
U2 nên có quan hệ giưa I2 và Id như sau:

Vì Ud =

I2 =

.

.

=

.

=

. Id = 1,57 Id (2.1)

Như vậy ta nhận thấy hai điểm sau về dòng thứ cấp:
Dòng chỉ chảy theo một chiều xác định, không phải là dòng xoay

a.

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 = U2I2 =

Ud .

Id =

UdId = 3,49 Pd (2.2)

- Dòng điện sơ cấp i1
Để xác định giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp
máy
biến áp ta phải biết dạng dòng i1 và biểu thức của nó. Theo nguyên lý hoạt
động máy biến áp, ta có phương trình cân bằng sức từ động:
i1~w1 = i0~wx – i2~w2 = - i2~w2
Suy ra:
i1~ = - i2~

=-

(2.3)

Ở đây vì dòng điện từ hóa nhỏ nên bỏ qua: i 0~ = 0. Điểm đặc biệt cần
lưu ý là các dòng điện i1, i2 tham gia trong biểu thức trên phải là các dòng
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

24


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

xoay chiều. Trong khi đó dòng điện thứ cấp i2 tuy biến thiên dạng sin nhưng
không phải dòng xoay chiều. Do đó để xác định i1 theo (2.3), cần phải tìm
thành phần xoay chiều của dòng i2 bằng cách sử dụng khai triển Fourier:
i2(θ) = I0 +
Trong đó I0 là thành phần không đổi và chính là giá trị trung bình Id.
Phần còn lại là toàn bộ các sóng điều hòa xoay chiều, và vì vậy tất cả chúng
đều
tham gia trong biểu thức (2.16). Tức là:
= i2(θ) – Id (2.4)

i2~ =

Từ đây, dựa theo biểu thức i1~ =

ta có dòng điện sơ cấp máy

biến áp. Các dòng điện i2~, i1~ thể hiện trên đồ thị ở hình 2.2. Theo đồ thị này
ta tính được giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp:
I1 =

=

=

=

Id

(2.5)

Vậy công suất phía sơ cấp biến áp:
S1 = U1I1 = kbaU2

Id =

Ud 1,21 Id = 2,69 Pd (2.6)

Cuối cùng có công suất máy biến áp:
Sba =

=

= 3,09 Pd (2.7)

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
Vũ Thanh Kim Huệ

K32D - SPKT

25