Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha tải r l e , điện áp một chiều ud = 110 v ,công xuất một chiều pd = 5 kw , ed = 50 v

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (706.46 KB, 26 trang )

LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan trọng đê
tạo ra năng suất lao động lớn . Điều đó càng được thê hiện rõ nét trong các dây
chuyền sản xuất , trong các công trình xây dựng hiện đại , truyền động điện đóng
vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng xuất lao động và chất lượng sản phẩm.
Vì thế các hệ thống truyền động điện luôn được quan tâm nghiên cứu đê nâng cao
chất lượng sản xuất.
Khi nói đến truyền động điện thì người ta quan tâm đến là các động cơ điện và việc
điều khiên các động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả như mong muốn.
Do có nhiều ưu điêm cả về kinh tế và kỹ thuật nên các động cơ điện ngày càng
được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng như sản xuất cho đời sống
hàng ngày. Vì vậy việc điều khiên các động cơ điện là một trong những vấn đề
quan trọng.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Đặng Hồng Hải em đã hoàn thành bài
tập lớn môn Điện tử công xuất của mình với đề tài “ Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba
pha tải R-L-E , điện áp một chiều U d = 110 V ,công xuất một chiều P d = 5 Kw ,
Ed = 50 V.
Song thời gian và sự hiêu biết còn hạn chế nên trong quá trình thiết kế không tránh
khỏi thiếu sót . Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy đê phần thiết
kế của em hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn !
Sinh viên : Trần Đức Mười

1

Mục lục

Trang

Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ MẠCH CHỈNH LƯU

1.1. CÁC THAM SỐ CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT...................... 2
1.1.1. Cấu trúc chỉnh lưu............................................................................. 2
1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưu...................................................... 3
1.1.3. Yêu cầu kĩ thuật dành cho thiết kế................................................... 4
1.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU............. 6
1.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn.......................................................... 6
1.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn................................. 7
1.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tải............................................................ 7
1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ..................................................................... 8
1.3. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG............ 8
1.3.1. Các sơ đồ chỉnh lưu chính................................................................. 8
1.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưu.............................................................. 10
1.3.3. Chỉnh lưu cầu ba pha ...................................................................... 13
Chương 2. TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT
2.1. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ..................................................................... 16
2.1.1. Phân tích chọn mạch chỉnh lưu....................................................... 16
2.1.2. Các công thức tính toán................................................................... 22
2.2 TÍNH CHỌN VAN ( THYSISTOR ).............................................................
23
2.2.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị van.......................................... 23
2.2.2. Tính chọn thiết bị van...................................................................... 23
2

Data sheet…………………………………………………………..…………… 26
Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ MẠCH CHỈNH LƯU

1.1. CÁC THAM SỐ CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT
1.1.1. Cấu trúc chỉnh lưu.
Bộ chỉnh lưu (BCL) dùng đê biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một

chiều cho tải. Lĩnh vực ứng dụng của BCL rất rộng rãi vì chủng loại tải dùng dòng
điện một chiều rất đa dạng. Đó là các động cơ điện một chiều , cuộn hút nam châm
điện, rơle điện từ, bê mạ điện, thiết bị điện phân… Tuyệt đại đa số các thiết bị điện
tử cũng hoạt động ở điện áp một chiều nên đê lấy năng lượng từ lưới điện xoay
chiều cũng phải thông qua mạch chỉnh lưu. Vì vậy có thê nói BCL là loại mạch
điện tử công suất thông dụng trong thực tế. Sơ đồ cấu trúc của BCL (hình 1.1)
thường bao gồm các khâu sau đây.

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc bộ chỉnh lưu

BAL – biến áp lực có chức năng chuyên cấp điện áp và số pha chuẩn của
lưới điện sang giá 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 thê không cần dùng BA lực khi sử
3

dụng sơ đồ đấu van kiêu cầu; trường hợp dùng sơ đồ đấu van hình tia luôn bắt
buộc phải có BA.
MV – mạch van, các van bán dẫn được đấu theo một kiêu sơ đồ nào đó, ở
đây trực tiếp thực hiện quá trình biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện
một chiều. Vì vậy đây là khâu không thê thiếu được trong MCL.
MĐK – mạch điều khiên. Khi MV sử dụng van bán dẫn điều khiên được
(như thyristor) sẽ có mạch này đê thực hiện việc cho van dẫn dòng vào các thời
điêm cần thiết nhằm khống chế năng lượng đưa ra tải. Khi dùng van điôt sẽ không
có mạch này. Tùy thuộc van sử dụng mà các chỉnh lưu được phân thành ba loại
sau:
•
•
•

Nếu các van đều là thyristor thì gọi là chỉnh lưu điều khiện.
Nếu van được dùng là điôt, gọi là chỉnh lưu không điều khiên.
Nếu mạch van dùng cả điốt và thyristor, gọi là chỉnh lưu bán điều khiên.

LSB – mạch lọc san bằng. Khâu này nhằm đảm bảo điện áp hay dòng điện ra
bằng phẳng theo mong muốn của tải. Nếu điện áp sau MV đã đạt yêu cầu, có thê
bỏ khâu LSB.
HT – khỏi 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 dòng điện, mạch
bảo vệ, nguồn một chiều ổn định cho mạch điều khiên và khống chế…
Nhiệm vụ của người thiết kế là xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật cụ thê của BCL
đê xây dựng sơ đồ cấu trúc các khâu chức năng cần có. Từ đó tiến hành triên khai
tính toán tỉ mỉ từng khâu đê có một BCL hoàn chỉnh. Trong chương này sẽ trình
bày chi tiết trình tự thiết kế BCL, trước tiên người thiết kế phải có hiêu biết những
vẫn đề cơ bản trong thiết kế BCL được đề cập trong các mục đầu tiên dưới đây.
1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưu.
Đê phân tích và đánh giá BCL, thường dựa vào những tham số chính sau:
1. Điện áp nguồn xoay chiều định mức: U1đm (V).
2. Tần số điện áp nguồn định mức: f (Hz) và phạm vi biến thiên của nó.

4

3. Phạm vi biến thiên điện áp nguồn U 1min , U1max hoặc độ biến thiên điện áp tương
đối so với điện áp định mức:
Độ tăng điện áp: a1 = (U1max - U1dm)/U1dm
Độ giảm điện áp: b1 = (U1dm – U1min)/ U1dm
4. Điện áp đầu ra một chiều định mức: Udđm (V).
5. Phạm vi điều chỉnh điện áp ra: Udmin; Udmax.
6. Dòng điện tải định mức của bộ chỉnh lưu: Idđm.

7. Phạm vi biến thiên dòng điện tải: Idmin, Idmax.
8. Biên độ đập mạch điện áp ra: U1max (đây là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp
một chiều ở đầu ra theo khai triên Furier).
9. Hệ số đập mạch điện áp ra:
Kdm = U1max/U0 là tỉ số giữa biên độ sóng hài cơ bản và thành phần trung bình
(hoặc không đổi) của điện áp ra. Hệ số này càng nhỏ thì điện áp ra càng phẳng hơn.
10. Nội trở của bộ chỉnh lưu: r = ∆Ud/∆Id.
11. Điện trở động của chỉnh lưu: rd = dUd/dId, (tỉ số giữa độ biến thiên điện áp ra do
sự đột biến về dòng điện tải gây ra).
12. Hiệu suất bộ chỉnh lưu: µ = P d/Pv, trong đó Pd là công suất nhận được phía một
chiều, còn Pv là công suất tiêu thụ lấy từ nguồn điện xoay chiều.
1.1.3. Yêu cầu kĩ thuật dành cho thiết kế.
Đê có thê thiết kế một BCL hoàn chỉnh, cần biết trước các số liệu và yêu cầu kỹ
thuật sau.
1.1.3.1. Các số liệu và yêu cầu của nguồn xoay chiều cấp cho BCL.
1. Giá trị định mức của điện áp xoay chiều: Uđm (V).
2. Số pha nguồn.
3. Tần số lưới (Hz).
5

4. Độ dao động điện áp nguồn: ∆U.
5. Độ sao động tần số ∆f.
6. Độ mất đối xứng giữa các pha.
7. Độ méo điện áp nguồn.
8. Sụt áp đột biến lớn nhất: ∆Umax và thời gian tồn tại sụt áp này: t∆Umax.
1.1.3.2. Các số liệu và yêu cầu từ phía tải của chỉnh lưu.
1. Điện áp ra tải định mức (giá trị trung bình): Udđm.
2. Phạm vi điều chỉnh điện áp ra và độ trơn điều chỉnh.
3. Phạm vi biến thiên của dòng điện tải: Itmin ÷ Itmax.

4. Quy luật thay đổi dòng điện tải (nhanh, chậm, đột biến…).
5. Độ dao động điện áp ra cho phép ∆U racp khi điện áp nguồn thay đổi trong phạm
vi tối đa.
6. Nội trở nguồn chỉnh lưu hay ∆Ura khi dòng tải biến thiên từ Itmin ÷ Itmax.
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).
9. Điều kiện môi trường làm việc của bộ chỉnh lưu: nhiệt độ, độ ẩm, độ rung, độ va
đập…
10. Độ tin cậy của bộ chỉnh lưu, hệ số dự phòng.
11. Độ chính xác điều chỉnh.
12. Phương pháp làm mát.
13. An toàn lao động (đầu ra chỉnh lưu được nối vỏ hay phải cách li vỏ).
14. Vấn đề bảo vệ quá áp cho tải.
15. Các mạch tín hiệu hóa cần có.
6

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 kiêm tra điện áp và dòng điện ra tải.
19. Hiệu suất của thiết bị.
20.Hệ số đập mạch điện áp (hay dòng điện) ra tải cho phép.
Ngoài ra còn có những đòi hỏi không được đề cập trong yêu cầu kĩ 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 hiêu hết các vấn đề kỹ thuật đặt ra.
1.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU.
Bộ chỉnh lưu công suất thường làm việc trong lưới điện công nghiệp nên

phải chịu ảnh hưởng của các phụ tải khác cùng chung nguồn với nó, hay những
biến động do hệ thống cung cấp điện đem tới. Mặt khác tải cũng có ảnh hưởng
đáng kê tới BCL. Vì vậy cần biết điều này đê có thê tiên liệu các giải pháp phù 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 thê lên tới +10% và
-20%. Độ dao động điện áp này ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt đến điện áp ra của
mạch chỉnh lưu. Ngoài ra còn có tác động them của các yếu tố sau:
1.
2.
3.

4.

Sụt áp trên dây dẫn nguồn.
Biến áp nguồn cung cấp thường cho phép sai số về các mức điện áp ra.
Các mạch chỉnh lưu có nôi trở nhất định, khi nguồn biến động đến điện áp
rat hay đổi làm dòng tải biến thiên, vì vậy sụt áp trên nội trở sẽ thay đổi và
tác động trở lại điện áp ra.
Dòng tải thay đổi làm điện trở dây dẫn thay đổi.

7

Vì vậy ngay cả khi điện áp nguồn ổn định, không tahy đổi thì các yếu tố trên
đã làm điện áp sai lệch từ 3% đến 15%. Nếu cộng them ảnh hưởng của nguồn thì
sai số này lên tới 10% đến 20%.
Khi sử dụng các mạch chỉnh lưu ba pha, độ mất đối xứng của điện áp nguồn
sẽ làm xuất hiện them sự sai lệch điện áp ra, mặt khác còn làm tăng độ đập mạch.

Với các bộ chỉnh lưu công suất lớn (≥ 100 kW) lại ở xa trạm biến thế, cần cố
gắng sử dụng cấp điện áp nguồn cao hơn đê giảm chi phí về dây dẫn.
Khi các bộ chỉnh lưu làm việc trong một mạng cấp điện có các động cơ điện
công suất lớn cần chú ý ảnh hưởng của chúng. Lúc các động cơ này khởi động sẽ
làm suất hiện sụt áp trên mạng có thê lên tới 20%. Độ sụt áp này có thê làm cho bộ
chỉnh lưu ngừng hoạt động do tác động của mạch bảo vệ hay các phần tử khống
chế (như rơle, công-tắc-tơ bị nhả ra). Như vậy ta cần thiết kế mạch tác động trễ đê
chống hiện tượng này. Còn khi các động cơ đang chạy mà dừng sẽ gây ra các xung
điện apstrong thời gian ngắn (thường không quá vài giây), tuy nhiên nó có thê phá
hỏng các phần tử nhạy 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 khi thiết kế cần tính đến
nó đê chọn các phần tử có đủ độ dự chữ về điện áp.
1.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn.
Tần số nguồn cung cấp ảnh hưởng 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 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 tổn
hao công suất và sụt áp trên dây dẫn lớn hơn, còn tụ lọc ở tần số cao cũng có tổn
thất cao hơn (và phải giảm độ đập mạch cho phép trên chúng).
Nếu nguồn xoay chiều có dộ méo dưới 5÷6 % thì có thê coi là nguồn hình
sin. Khi độ méo lớn hơn sẽ làm chỉ số của dụng cụ đo lường ( kê cả đo trị số hiệu
dụng và trung bình) bị sai lệch nhiều. Điều này thường xuất hiện khi nguồn yếu
hoặc trong mạng có nhiều các thiết bị sử dụng van thyristor hoặc các khuếch đại
từ.
8

1.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tải.

Bất cứ một bộ chỉnh lưu nào cũng đều có nội trở, do đó khi dòng 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 lưu đến tải cũng ảnh hưởng lớn đến nội trở chung,
nhất là với các tải có điện áp làm việc thấp và dòng tải lại lớn, trong những trường
hợp này cần đặt bộ chỉnh lưu gần tối đa với tải.
Nếu dòng tải có khả năng biến đổi đột ngột sẽ làm tăng nội trở động của
mạch chỉnh lưu. Đặc biệt khi có mạch lọc LC và lại rơi vào chế độ mà tần số các
xung dòng điện bằng tần số dao động của mạch LC sẽ dẫn đến điện trở động lớn
hơn rất nhiều so với nội trở tĩnh. Ngoài ra mạch lọc loại này cũng sẽ làm xuất hiện
các biến động điên áp khi đóng và ngắt tải.
1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Trong bộ chỉnh lưu có khá nhiều phần tử chịu ảnh hưởng của nhiệt độ: tụ
hóa, điện trở và nhất là các linh kiện bán dẫn như điôt, transistor, thyristor…Đê
đảm bảo bộ chỉnh lưu hoạt động tin cậy và lâu dài phải tính đến toàn bộ các yếu tố
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 ở gần mức giới hạn cho
phép về nhiệt. Thông thường các linh kiện có độ dự trữ tối thiêu sau:
•
•
•

Điện trở phải có độ dự trữ 1,5 về công suất phát nhiệt.
Tụ điện phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp.
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 PHẠM VI ỨNG DỤNG.
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, các tham số cơ bản đê đánh giá chúng và làm cơ sở đê

tính toán phân tích và thiết kế xem trong bảng 1.1. Các mạch chỉnh lưu cơ bản gồm
9 sơ đồ sau:
1.
2.

Chỉnh lưu một pha một nữa chu kỳ (chỉnh lưu hình tia một pha), hình 1.2a.
Chỉnh lưu một pha có điêm trung tính (chỉnh lưu hình tia hai pha), hình 1.2b.
9

3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Chỉnh lưu hình tia ba pha, hình 1.2c.
Chỉnh lưu cầu một pha điều khiên, hình 1.2d.
Chỉnh lưu cầu bap ha điều khiên, hình 1.2e.
Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cảm cân bằng (đấu song song hai mạch
chỉnh lưu hình tia ba pha), hình 1.2g.
Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiên có thyristor đấu thẳng hàng, hình
1.2h.
Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiên với thyristor đấu katôt chung, hình
1.2i.
Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiên các thyristor đấu katôt chung, hình
1.2k.

Hình 1.2 Các sơ đồ chỉnh lưu cơ bản

Trong các sơ đồ trên không trình bày mạch chỉnh lưu không điều khiên, vì
chỉ cần thay toàn bộ van thyristor bằng điôt là có mạch đoạn này; trong khi mục
đích chính của chỉnh lưu là điều chỉnh được công suất ra tải theo yêu cầu thì chỉnh
10

lưu điôt không đáp ứng được. Tuy nhiên khi tính toán, cần lưu ý rằng chỉnh lưu
mang cùng tên thì dù là không điều khiên (dùng toàn điôt), chỉnh lưu điều khiên
(dùng toàn thyristor), hoặc chỉnh lưu bán điều khiên đều dùng chung một bảng
tham số của kiêu đó, sự khác nhau chỉ thê hiện ở:
•
•

Chỉnh lưu điôt không cho phép điều chỉnh điện áp ra.
Chỉnh lưu điều khiên và bán điều khiên cho phép điều khiên điện áp ra,
song với qui luật khác nhau. Tuy nhiên, khi điều chỉnh lớn nhất có thê, thì
hai loại điều khiên cũng chỉ đạt được điện áp ra bằng với chỉnh lưu điôt.

Chính vì điều này mà trong bảng 1.1 không có sự phân biệt về chỉnh lưu
điều khiên hay không điều khiên.
Đê có thê hiêu 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 không đi vào phân tích chi tiết.
1.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưu.
Tải cho chỉnh lưu có 3 dạng thường gặp như sau:
1.3.2.1. Tải thuần trở Rd, hình 1.3a.
Dạng này được sử dụng đê phân tích nguyên lý làm việc và tính toán các

tham số của mạch chỉnh lưu trong bảng 1.1. Dạng dong điện tải i d hoàn toàn giống
với dạng điện áp nhận được ud. Trong thực tế ít gặp tải thuần trở.
1.3.2.2. Tải có tính cảm kháng (RdLd), hình 1.3b.
Đặc điêm của tải dạng này là làm dạng dòng tải i d không giống áp ud, nếu
điện cảm đủ lớn sẽ làm dòng điện trở lên bằng phẳng, nên ở các hình vẽ dưới đây
đồ thị dong tải sẽ vẽ thẳng cho đơn giản. So với tải Rd thì tải này gặp nhiều hơn,
như các cuộn dây nam châm, cuộn kích từ máy phát điện xoay chiều, kích từ động
cơ điện một chiều…

11

Hình 1.3. Các dạng tải của chỉnh lưu.

Tải vừa có RdLd vừa có sức điện động Ed (gọi là tải RLE), hình 1.3c. Đây là
dạng tải gặp nhiều nhất trong thực tế, như: bê điện phân, bê mạ, ácqui, sức điện
động phần ứng của động cơ điện một chiều… Đặc điêm của dạng tải này có nhiều
điêm chung với tải RdLd, nhất là khi dòng điện tải phẳng, tuy nhiên Ed sẽ ảnh
hưởng đến trị số dòng tải vì thường có chiều chống lại điện áp chỉnh lưu ud.
Nhìn chung, với các dạng tải trên của chỉnh lưu trên, trong quá trình
điều chỉnh điện áp ra sẽ xảy ra hai trường hợp đối với dòng điện tải:
1. Dòng tải id bị dán đoạn, lúc có lúc mất 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 Ld nhỏ.
2. Dòng tải id liên tục chảy, tải luôn được nhận năng lượng, và do đó là thuận lợi
hơn. Trường hợp này xảy ra khi điện cảm Ld đủ lớn vì dòng tải liên tục là chế độ
mong muốn nên thường tính toán đê có chế độ này.

12

Bảng 1.1. Tham số của các mạch chỉnh lưu cơ bản.

Tham
số 
Loại sơ
đồ 
Một
pha
một
nửa
chu kỳ
Một
pha có
điêm
giữa
Một
pha sơ
đồ cầu
Ba pha
hình tia
Ba pha
sơ đồ
cầu
Sáu
pha
hình tia
Sáu
pha có
cuộn

kháng
cân
bằng

Ud/U
2

Iv

Ungmax

(ku)

I2/I
d

KbaI1/
Id

Sba/P

∆Uγ/XaI

d

d

(kp)

(kγ)

hγ

md
m

fdm
(Hz
)

kdm

0,45

Id

1,41
U2

1,5
7

1,21

3,09

0

0

1

50

1,57

0,9

Id/
2

2,83
U2

0,5
8

1,11

1,48

1/π

1

2

100

0,67

0,9

Id/
2

1,41
U2

1,1
1

1,11

1,23

2/π

2

2

100

0,67

1,17

Id/
3

2,45
U2

0,5
8

0,47

1,35

3/2π

2/

3

150

0,25

2,34

Id/
3

2,45
U2

0,8

16

0,816

1,05

3/π

2/

6

300

0,05
7

1,35

Id/
6

2,83
U2

0,2
9

0,58

1,56

3/2π

2

6

300

0,05
7

1,17

Id/
6

2,45
U2

0,2
9

0,41

1,26

3/4π

1/

6

300

0,05
7

Chú thích bảng 1.1:
Udo – trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu điôt hay chỉnh lưu điều khiên khi α= 0
U2 – trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn.
13

Iv – trị số trung bình của dòng điện qua van.
Ungmax – điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc.
I2 – trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp biến áp nguồn.
Id – trị số trung bình dòng điện ra tải.
I1 – trị số hiệu dụng dòng điện sơ cấp biến áp nguồn.
kba – hệ số máy biến áp nguồn.
Sba – công suất tính toán máy biến áp nguồn.
Pd – công suất một chiều trên tải: Pd = UdoId.
∆Uγ - sụt áp do điện cảm phía xoay chiều La gây ra:
∆Uγ = kγXaId = kγ2πF.LaId
mdm – số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ lưới xoay chiều.
fdm – tần số sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh lưu, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu
theo quan hệ: fdm = mdmf1; trong đó f1 là tần số lưới điện xoay chiều. Số liệu trong
bảng lấy theo tần số lưới điện của Việt Nam là f1 = 50 Hz.
kdm – hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu: k dm = U1m/Ud, trong đó U1m là biên độ

sóng hài cơ bản của điện áp chỉnh lưu theo khai triên Furier.
hγ – hệ số sơ đồ đê tính góc trùng dẫn γ theo biêu thức chung:
cos(α + γ) = cosα – hγ(XaId/U2)
1.3.3. Chỉnh lưu cầu ba pha (hình 1.2e).
Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế.
Ưu điểm:
•
•
•

Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha;
Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%);
Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới
điện ít hơn loại trên.
14

Nhược điểm: sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn đê đưa
dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10 V.
Do có nhiều ưu điêm vượt trội như đã nêu, chỉnh lưu cầu ba pha được ứng
dụng rộng rãi với dải cồn suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng nghìn kW.
Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số lẻ đấu chung katôt;
nhóm đánh số chẵn đấu chung anôt. Đê điều khiên van, cần tuân thủ một số qui
luật sau (xem hình 1.8).
•

•

Với thyristor của nhóm đấu katôt chung, điểm mốc đê tính góc điều khiên là
điêm giao nhau của các điệp áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp

dương.
Với thyristor của nhóm anôt chung, điểm mốc đê tính góc điều khiên là điêm
giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỷ điện áp âm.

Hình 1.4. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu ba pha

a) Góc điều khiển và dạng xung mở van; b) Đồ thị dong điện
•
•

Xung điều khiên được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ T 1 đến T6
cách nhau 60° điện; còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120°.
Đê thông 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
15

cùng lúc. Vì vậy dạng xung là xung kép; xung thứ nhất được xác định theo
dạng góc điều khiên cần có, xung thứ hai là đảm điều kiện thông mạch, thực
tế là xung của van khác gửi đến; thí dụ xung I g của van T1 đồng thời gửi đến
van T6; sau đó tới lượt xung của T2 sẽ gửi đến cho van T1…
Qui luật điều chỉnh:
•
•

Giá trị Udo = 2,34U2.
Với tải thuần trở (đồ thị hình 1.4a), có thê là:
• Dòng điện tải gián đoạn khi α > 60° với qui luật điều chỉnh dạng
(1.3):
• Udα = Ud0[1+ cos(α + 60°)]

(1.9)
• Dòng điện tải liên tục khi α < 60° với qui luật (1.8):
Udα = Ud0 cosα

Với tải RL hay RLE (đồ thị hình 1.8b, ở đó không vẽ ảnh hưởng của trùng
dẫn) các qui luật vẫn tuân theo các biêu thức (1.4); (1.5); (1.6).

16

Chương 2. TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT
2.1. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ
2.1.1. Phân tích chọn mạch chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha tải RLE với công suất nhỏ (công suất 1 chiều P d = 5 kw ) vì
vậy mạch chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng sử dụng thysistor là phù hợp nhất.
2.1.1.1. Sơ đồ nguyên ly

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải RLE đối xứng xử dụng Thysistor

2.1.1.2. Điều kiện làm việc của Thysistor
Vì điện áp đặt lên chân Anot và chân Ktot của Thysistor là điện áp dây nên điều
kiện đê Thysistor làm việc là :
+ UAK = Ud > 0
+ Thời điêm xuất hiện xung ωt ≥ α
17

2.1.1.3. Tổng hợp điện áp ra
a. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung (α = 60° )

Hình 2.2 Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung (α = 60° )

* Điều kiện làm việc của mạch chỉnh lưu cầu
Mạch chỉnh lưu cầu làm việc theo nguyên tắc gửi xung : là xung gửi từ nhóm nọ
sang nhóm kia và ngược lại :

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên tắc phối hợp gửi xung sơ đồ cầu 3 pha đối xứng
18

b. Nguyên ly hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng dùng
Thysistor ứng với α = 60° , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ

Hình 2.4 Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor

Hình 2.5 Tổng hợp điện áp đặt lên tải

Hình 2.6 Dòng điện chạy trên tải và các Thysistor

19

Hình 2.7 Điện áp đặt lên Thysistor 1

c. Nguyên ly hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng sử dụng
Thysistor ứng với góc điều khiển α = 45° , tải điện cảm được thể hiện như
hình vẽ

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của cầu 3 pha Thysistor ứng với α = 45°

20

Hình 2.9 Tổng hợp điện áp đặt lên tải

Hình 2.10 Tổng hợp điện áp đặt lên tải có tính đến sự ảnh hưởng của hiện tượng trùng dẫn

Hình 2.10 Tổng hợp điện áp đặt lên tải khi không xét đến sự ảnh hưởng của hiện tượng trùng
dẫn

d. Nguyên ly hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng sử dụng
Thysistor ứng với góc điều khiển α = 90° , tải điện cảm được thể hiện như
hình vẽ

21

Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động của cầu 3 pha Thysistor ứng với α = 45°

Hình 2.12 Tổng hợp điện áp đặt lên tải

2.1.2. Các công thức tính toán
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
Ud = 2,34U2
(U2 điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp )
- Quy luật dẫn của van
22

Udα = Ud . Cosα

- Biêu thức dòng tải của chỉnh lưu cầu 3 pha tải RLE
Id = ( Udα – Ed ) / Rd
- Dòng điện trung bình qua Thyristor
Itbv = Id/3
- Điện áp lớn nhất mà Thyristor phải chịu
Ungmax = 2,45U2

- Điều kiện chọn linh kiện Thysistor
Uv ≥ Ungmax KUv
Iv ≥ Itbv KIv
2.2 TÍNH CHỌN VAN ( THYSISTOR )
2.2.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị van
Việc tính chọn thiết bị van có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kĩ thuật. Việc
tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống càng làm việc an toàn bấy
nhiêu. Hơn nữa việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng và hiệu
suất của hệ thống. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống làm việc hiệu suất
kém hoặc không làm việc được và làm tăng chi phí cho nhà đầu tư.
Vì vậy ciệc tính chọn thiết bị van phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây :
+ Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với
thiết bị.
+ Về mặt kinh tế thiết bị được chọn trong khi thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật phải
đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý.
2.2.2. Tính chọn thiết bị van
Thông số đã cho :
23

Ud = 110 V
Pd = 5 kw
Ed = 50 V

a. Thysistor :
Thysistor là linh kiện bán dẫn dùng đê biến đổi đại lượng xoay chiều thành đại
lượng một chiều có điều khiên. Việc biến đổi các đại lượng xoay chiều thành đại
lượng một chiều dùng Thysistor có thê được thực hiện điều khiên giá trị tín hiệu ra
bằng góc điều khiên α.
Đê Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistor được chọn sao
cho nó có thê làm việc ở trạng thái nặng nề nhất.
Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu :
+ Điều kiện về dòng điện
Iv ≥ KIv Itbv
+ Điều kiện về điện áp
Uv ≥ KUv Ungmax
b. Chọn van theo điều kiện về dòng điện
Id = Pd/Ud = 5.103/110 = 45,45 A
- Dòng điện trung bình qua Thyristor
Itbv = Id/3 = =15,15 A
- Điều kiện chọn van
Iv ≥ KIv Itbv
Trong đó :
KIv : là hệ số dự trữ về dòng điện cho van ( KIv = 1,2 ÷ 1,4 với tải ổn định và
dòng qua van dưới 100A ) ta chọn KIv = 1,4

24

Vậy ta chọn :
Iv ≥ KIv Itbv = 1,4 . 15,15 = 21,21 A
c.Chọn van theo điều kiện về điện áp
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
Ud = 2,34U2

- U2 điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp
U2 = Ud/2,34 = = 47 V
- Điện áp lớn nhất mà Thyristor phải chịu
Ungmax = 2,45U2 = 2,45 . 47 = 115,15 V
- Điều kiện chọn van
Uv ≥ Ungmax KUv
Trong đó :
KUv : là hệ số dự trữ về điện áp cho van ( KUv = 1,7 ÷ 2,2) ta chọn KUv = 2
Vậy ta chọn :
Uv ≥ Ungmax KUv = 115,15 . 2 = 230,3 V
Từ các thông số trên ta chon Thysistor có các thông số như sau :
Ký hiệu
NO29RH0
5

Góc dẫn van
(Độ điện)
180

Itbmax
(A)
30

UTmax (V)
500

Uđk
(V)
3

Iđk
(mA)
100

t°C max
96

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Quốc Hải : Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất
NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

25

Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha tải r l e , điện áp một chiều ud = 110 v ,công xuất một chiều pd = 5 kw , ed = 50 v

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về