Nghiên Cứu Và Tính Toán Bộ Chỉnh Lưu Cầu Có Điều Khiển Một Pha Đáp Ứng Công Suất Theo Tải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (432.65 KB, 25 trang )
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG
YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN BỘ CHỈNH LƯU
CẦU CÓ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA ĐÁP ỨNG CÔNG SUẤT
THEO TẢI.
Giáo viên hướng dẫn : Giang Hồng Bắc
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
Hưng Yên , ngày 14 tháng 06 năm 2010
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
1
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÓ
ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA
Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Nguyễn Mạnh Tuấn
2. Hoàng Trọng Vân
Lớp
: Đ ĐT K6.4
Khóa
: 2008-2012
Nghành đào tạo
: Điện-Điện tử
Số đơn vị học trình: 2 tín chỉ
Thời gian thưc hiện: 16 ngày (từ ngày 10/06/2010 đến ngày 26/06/2010)
Nội dung cần hoàn thành:
1. Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ.
2. Tìm hiểu , phân tích đề tài.
3. Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch.
4. Tính toán, lựa chọn các linh kiện.
5. Hoàn thành quyển thuyết minh và các bản vẽ.
Giáo viên hướng dẫn:
Giang Hồng Bắc
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
2
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC CỦA GIÁO
VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn:
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
3
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.
Phần 1:
Giới thiệu đề tài.
Giới thiệu về các yêu cầu và ứng dụng cần dặt được của đề tài.
Phần 2:
Xây dựng sơ đồ khối.
Tìm hiểu chức năng, nguyên lý làm việc của từng khối.
Tìm hiểu chức năng nhiệm vụ của các linh kiện có trong khối đó.
Phần 3:
Xây dựng các công thức tính toán dòng, áp trong mạch, tính toán thông
số của linh kiện trong khối theo yêu cầu chung và yêu cầu riêng của các loại tải
khác nhau.(trong đè tài này chỉ nghiên cứu về tải thuần trở, tải điện cảm).
Phần 4:
Kết luận và mở rộng đề tài, phụ lục kèm theo.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
4
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy Giang
Hồng Bắc đã tận tình giúp đỡ, theo dõi động viên, khuyến khích, tạo
mọi điều kiện để nhóm hoàn thành được nhiệm vụ .
Em xin gởi lời cám ơn đến Ban Giám Hiệu, toàn thể thầy cô và nhất
là các thầy cô khoa Điện - Điện Tử Trường ĐH. Sư Phạm Kỹ Thuật
H ưng Y ên đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như chỉ dẫn và truyền đạt
kiến thức để nhóm hoàn thành được đề tài.
Nhóm thực hiện cũng xin cảm ơn các bạn học cùng lớp đã hết lòng
giúp đỡ nhóm thực hiện đề tài trên.
Nhóm thực hiện đề tài chúng em xin trân thành cảm ơn !
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
5
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
PHẦN 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI.
I.
Giới thiệu về mạch chỉnh lưu.
1.Khái niệm về mạch chỉnh lưu.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
6
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi
dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong
các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến
điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán
dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho
phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là
chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng. Trong các bộ nguồn mọt chiều người ta hay sử
dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể
biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ.
Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện
từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni.
Các máy thu thanh vô tuyến đầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùng một sợi "râu
mèo" hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinh thể galena (sunphát
chì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng tinh thể. Trong hệ thống sấy đốt khí,
các bộ phát hiện lửa có thể dùng. Hai điện cực trong một vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng
điện và có thể chỉnh lưu được một dòng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn
lửa.
Dạng sóng của điện áp chưa có chỉnh lưu.
2. Giới thiệu một vài loại mạch chỉnh lưu thông thường.
a. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ (không có điều khiển).
Một mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể
dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp
đặt của điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa
chu kỳ có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch hỉnh lưu nửa chu kỳ có thể
lắp bằng chỉ một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
7
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Dạng sóng của điện áp sau khi đã được chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
b. Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ(không có điều khiển).
Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả 2 nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có
một chiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của
nửa chu kỳ âm (hoặc dương)của dạng sóng xoay chiều. Nửa còn lại sẽ kết hợp
với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh.
Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2
điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-vớicathode)có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng.
c. Mạch chỉnh lưu cầu(không có điều khiển).
Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu
vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện
không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong
mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần
đến 2 điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho
trường hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là
phải cần đến 4 điốt. Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu
d. Mạch chỉnh lưu có điều khiển.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
8
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
2. Ứng dụng.
Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là trích xuất thành phần điện một
chiều hữu dụng từ nguồn xoay chiều. Thực tra hầu hết các ứng dụng điện tử sử
dụng nguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng điện xoay chiều.
Vì thế các mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết
các thiết bị điện tử.
Mạch biến đổi điện một chiều từ điện áp này sang điện áp khác sẽ phức tạp hơn.
Một trong những phương pháp đổi từ điện một chiều sang điện một chiều là: đầu
tiên chuyển từ một chiều thành xoay chiều, (dùng một mạch nghịch lưu)sau đó
đưa qua máy biến áp để thay đổi điện áp, và cuối cùng là chỉnh lưu lại thành
điện một chiều.
Các mạch chỉnh lưu cũng được ứng dụng trong mạch tách sóng các tín hiệu vô
tuyến điều biến biên độ. Tín hiệu có thể cần hoặc không cần khuếch đại trước
khi tách sóng. Nếu tín hiệu nhỏ quá, phải sử dụng các điốt có điện áp rơi rất
thấp. Trong trường hợp này các tụ và điện trở tải phải lựa chọn cẩn thận cho phù
hợp. Trị số tụ điện thấp quá sẽ làm cho sóng cao tần lọt sang đầu ra. Chọn cao
quá, nó có thể nạp đầy và giữ nguyên điện áp đã được nạp.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Giang Hồng Bắc
Hoàng Trọng Vân
9
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Điện áp ra của một mạch chỉnh lưu toàn sóng với các thyristor được điều khiển.
Các mạch chỉnh lưu cũng được sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hàn
điện. Các mạch như thế này đôi khi thay thế các điốt trong cầu chỉnh lưu bằng
các Thyristor. Các mạch này sẽ có điện áp ra phụ thuộc vào góc kích mồi.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
10
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
PHẦN 2:XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC
NĂNG CÁC KHỐI.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
11
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
1. KHỐI BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP.
1.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA KHỐI.
Máy biến thế hay máy biến áp là thiết bị điện gồm hai hoặc nhiều cuộn
dây, hay 1 cuộn dây có đầu vào và đầu ra trong cùng 1 từ trường. Cấu tạo cơ bản
của máy biến thế thường là 2 hay nhiều cuộn dây đồng cách điện được quấn trên
cùng 1 lõi sắt hay sắt từ ferit.
Máy biến thế có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu
ra cho 1 hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng. Máy biến thế đóng vai trò
rất quan trọng trong truyền tải điện năng.
Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí:
•
•
Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)
Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm
ứng điện)
Dòng điện cảm ứng được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và 1
từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
12
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp
thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.
Khi NP, UP, IP, ΦP và NS, US, IS, ΦS là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện và từ thông trong
mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì theo Định luật Faraday ta có:
và
Nếu ΦS = ΦP thì
,
ngoài ra
Như vậy
(máy biến thế lí tưởng).
Ví dụ, 1 máy biến thế có công suất 400 W, tỉ lệ biến thế 80:5
•
•
Phía sơ cấp 80 V, 5 A, 160 vòng
Phía thứ cấp 5 V, 80 A, 10 vòng
1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP.
Máy biến thế có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:
•
•
•
•
Cấu tạo
Chức năng
Cách thức cách điện
Công suất hay hiệu điện thế
Kí hiệu trong mạch điện
Máy biến thế với 2 cuộn dây và 1 lõi sắt.
Máy biến thế với 3 cuộn dây và 1 lõi sắt.
Máy tăng thế hoặc hạ thế.
Máy biến thế có thiết bị chống lại ảnh hưởng trường điện từ.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
13
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Lĩnh vực sử dụng
Máy hạ thế 3 pha
Máy biến thế có thể chuyển đổi hiệu điện thế đúng với giá trị mong muốn, ví dụ
từ đường dây trung thế 10 kV sang mức hạ thế 230 V hay 400 V dùng trong nhà.
Tại các nhà máy điện, máy biến thế thường chuyển hiệu điện thế mức trung thế
từ máy phát điện (10 kV đến 50 kV) sang mức cao thế (110 kV đến 500 kV hay
cao hơn) cho đường dây điện cao thế. Trong truyền tải điện năng với khoảng
cách xa, hiệu điện thế càng cao thì hao hụt càng ít.
Ngoài ra còn có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp)
dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục xạc, ... dùng cho
các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (220 V sang 24 V, 12 V, 3 V, ...).
2. KHỐI CHỈNH LƯU.
2.1 CHỨC NĂNG CỦA KHỐI CHỈNH LƯU.
Chức năng của khối chỉnh lưu là biến đổi điện áp từ xoay chiều sang một chiều
theo mong muốn của người sử dụng.
Trong kỹ thuật điện, nhiều trường hợp yêu cầu biến đổi điện áp xoay chiều
thành điện áp một chiều và có thể điều chỉnh được. Có nhiều cách để thực hiện:
dùng hệ máy phát Động cơ, dùng bộ biến đổi một phần ứng….Nhưng dùng bộ
biến đổi chỉnh lưu công suất là có ưu việt hơn cả.(Nhỏ ngọn , hiệu suất cao, linh
hoạt ,dễ dàng để tự động hoá và điều kiện bằng máy tính hoặc vi xử lý).Các sơ
đồ chỉnh lưu có nhiều dạng, ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau (điều
chỉnh hoặc ổn định tốc độ điều chỉnh điện một chiều,nguồn cấp cho bể mạ để
điện phân, các thiết bị điều khiển,các đèn phát trung và cao tần,dùng trong
truyền tải điện năng cao áp một chiều …Các bộ chỉnh lưu này có công suất từ
nhỏ đến lớn .
2.2GIỚI THIỆU CÁC LOẠI MẠCH CHỈNH LƯU.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
14
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Trong cuộc sống hàng ngày cần đến nhiều thiết bị điện sử dụng điện áp 1 chiều
như các động cơ 1 chiều, hệ thống mạ sơn hay điện phân….. Cũng chính vì vậy
mà có rất nhiều loại mạch chỉnh lưu được sử dụng tùy thuộc vào từng yêu cầu
riêng cho tải. Dưới đây là 1 số loại mạch chỉnh lưu tạo điện áp 1 chiều.
a. Các lọai chỉnh lưu không có điều khiển.
Chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
Sơ đồ nguyên lý:
Chỉnh lưu hai nủa chu kỳ.
Sơ đồ nguyên lý:
Chỉnh lưu hình tia.
Sơ đồ nguyên lý:
Chỉnh lưu cầu.
Sơ đồ nguyên lý:
Dạng điện áp đầu ra:
b.Các loại chỉnh lưu có điều khiển.
Chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý:
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
15
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý:
Chỉnh lưu hình tia có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý:
Chỉnh lưu cầu có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý:
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
16
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
c. Nếu phân loại theo loại điện áp thì còn có :
- Chỉnh lưu điện áp 1 pha.
- Chỉnh lưu điện áp 3 pha.
2.3CHỈNH LƯU CẦU CÓ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA DÙNG
THYRISTOR.
Thyristor thường được dung để điều khiển các thiết bị điện mottj chiều chiều
như các thiết bị điện một chiều ,lò điện , các loại máy hàn điện và đèn chiếu
sang với hiệu suất cao. Để mở thyristor cần phải thỏa mãn hai điều khiện:
- UAK > 0 và có tín hiệu dương UGK.
-Có dòng IG tác dụng vào cực điều khiển G của Thyristor.
Do đó mà thyristor mở chậm hơn diod một góc tương ứng α. Đây là góc kích mở
của thyristor.
a. Sơ đồ nguyên lý:
Trong sơ đồ thì:
-BA: là máy biến áp cung cấp đối với mọt pha có thể dung hoặc không dung
máy biến áp.
- Các van có điều khiển T1, T2, T3, T4 dùng để biến điện áp xoay chiều thành
một
chiều, 4 van được phân làm 2 nhóm : Nhóm Catôt chung (T1,T3). Nhóm Anôt
chung (T2, T4).
- L,R : Các phần tử phụ tải.
- i1, i2 là dòng điện cuộn sơ cấp và dòng thứ cấp.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
17
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
* Nguyên lý làm việc:
Giả thiết L= ∞ và xem rằng sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm ta bắt đầu
xét với đồ thị và điện áp nguồn và giá trị góc điều khiển α .
Giả thiết trong khoảng lân cận phía trước thời điểm ωt = v1 = α thì trong sơ đồ
có 2 van T3,T4 đang dẫn, tại ωt = v1 = α thì 2 van T1,T2 đồng thời có tín hiệu
điều khiển. Lúc đó điện áp trên 2 van này đều thuận (UT1 = UT2 = U2), do vậy
cả 2 van đều mở. Hai van T1,T2 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng 0.
Ta có: Ud = U2, UT3 = UT4 = -U2 và tại thời điểm ωt = v1 = α thì U2 > 0 nên
T3,T4 bị khoá. Từ thời điểm này (ωt = v1), trong sơ đồ chỉ có 2 van dẫn dòng.
Khi 2 van T1,T2 làm việc thì : Ud = U2 ,UT1 = UT2 = 0, UT3 = UT4 = -U2,
IT1 = IT2 = Id , IT3 = IT4 = 0.
Đến ωt = π thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác dụng
ngược chiều qua dòng T1,T2; đồng thời trên T3,T4 lúc này có điện áp thuận
nhưng T3,T4vẫn chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển. Vì vậy mà T1,T2 vẫn
tiếp rục dẫn dòng bởi suất điện động tự cảm sinh ra trong Ld do dòng tải có xu
hướng giảm. ( Do T1,T2 vẫn mở nên các biểu thức điện áp không thay đổi) Tại
ωt = v2 = π + α ; T3,T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển và điện áp thuận nên
T3,T4 cùng mở, sụt điện áp trên T3,T4 giảm về bằng 0; Ud= - U2; UT1 = UT2
= U2 và tại thời điểm ωt = π + α thì U2 < 0 nên van T1, T2 bị khoá; T3, T4 dẫn
dòng.
Khi 2 van T3,T4 cùng làm việc thì:
Ud = - U2; UT1 = UT2 = U2 , UT3 = UT4 = 0 ,iT1 = iT2 = 0 ; iT3 = iT4 = id =
IdĐến ω = 2π thì U2 = 0 bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương và nó tác dụng
ngược với chiều dòng qua T3,T4, đồng thời trên T1, T2 lúc này có điện áp thuận
nhưng chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển, nên T3, T4 vẫn tiếp tục dẫn do
suất điện động tự cảm.
Đến ωt = v3 = 2π + α thì T1, T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển và T1,T2 cùng
dẫn.T3, T4 bị đặt điện áp ngược => khoá lại. Từ thời điểm này sơ đồ lặp lại
trạng thái làm việc như từ ωt = v1 = α
Dạng sóng dòng và áp trên tải, dạng dòng trên van giống với chỉnh lưu hình tia
hai nửa
chu kỳ, dạng áp trên van có biên độ bằng ½ sơ đồ hình tia.
Các biểu thức tính toán.
Điện áp trung bình của tải:
Dòng điện trung bình của tải:
Id=(Ud-Ed)/Rd
Dòng điện trung bình và hiệu dụng qua van:
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
18
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
ITtb =2d I ; IT =2d I .
Điện áp cực đại đặt vào van:( Điện áp thuận và ngược)
UTthmax=UTngnax= 2 U2
Từ các số liệu tính toán trên ta có thể chọn được các van bán dẫn công suất có
các số liệu sau:
Dòng điện định mức của van: IVđm= (2-5) IT
Điện áp cực đại của van: : UVmax=(1,7-2) UTthmax
2.4 GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR.
2.4.1 Cấu tạo của Thyristor.
Thyristor còn gọi là SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) là loại linh kiện 4 lớp PN đặt xen kẽ nhau. Để tiện phân tích các lớp bán dẫn này người ta đặt là P1, N1, P2, N2,
giữa các lớp bán dẫn hình thành các chuyển tiếp lần lướt từ trên xuống dưới là
J1, J2, J3.
Sơ đồ cấu trúc , kí hiệu , sơ đồ tương đương và cấu tạ của thyristor :
A : Anot
K : catot
G : cực điều khiển
J1, J3 : mặt tiếp giáp phát điện tích.
J2 : mặt tiếp giáp trung gian.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
19
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Nguyên lý làm việc của Thyristor:
Đặt Thyristor dưới điện áp một chiều, Anốt nối vào cực dương, Katôt nối vào
cực âm của nguồn điện áp. J1,J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Gần như
toàn bộ điện áp nguồn đặt trên mặt ghép J2. điện trường nội tại Ei của J2 có
chiều từ N1 hướng về P2. điện trường ngoài tác động cùng chiều với Ei vùng
chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra không có dòng điện chạy
qua Thyristor mặc dù nó bị đặt dưới điện áp.
+ Mở Thyristor:
Cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương xo với K) các điện
tử từ N2 sang P2. đến đây, một số ít các điện tử chảy vào cực G và hình thành
dòng điều khiển Ig chạy theo mạch G-J3-K-G còn phần lớn điện tử chịu sức hút
của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng
tốc, động năng lớn bẻ gãy các liên kết nguyên tử Silic, tạo nên điện tử tự do mới.
Số điện tử mới được giải phóng tham gia bắn phá các nguyên tử Silic trong vùng
kế tiếp. Kết quả của phản ứngdây truyền làm xuất hiện nhiều điện tử chạy vào
N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện
ào ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm xung quanh cực G rồi
phát triển ra toàn bộ mặt ghép.
Địên trở thuận của Thyristor khoảng 100KΩ khi còn ở trạng thái khoá, trở thành
0,01 Ω khi Thyristor mở cho dòng chạy qua.
Tiristor khoá +UAK>1V hoặc Ig>Igs1 thì Tiristor sẽ mở. Trong đó Igs1 là dòng
điều khiển được tra ở sổ tay tra cứu Thyristor.
t
: thời gian mở là thời gian cần thiết để thiết lập dòng điện chạy trong
Thyristor, tình từ thời điểm phóng dòng Ig vào cực điều khiển. Thời gian mở
Tiristor kéo dài khoảng 10μs.
+ Khoá Thyristor: có hai cách
- làm giảm dòng làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH(Holding current)
- đặt một điện áp ngược lên Tiristor. Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor:
UAK<0, J1 và J3 bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành
trình tạo nên dòng điện ngược chảy từ Katốt về Anôt, về cực âm của nguồn điện
ngoài.
Thời gian khoá toff: thời gian khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược (t0) đến
dòng đ Tiristor mở + UAK < 0 --> Tiristor khoá. Điện ngược bằng 0(t2), toff
kéo dài khoảng vài chục μS.
+ Sự biến thiên của dòng điện i(t) trong quá trình Thyristor khoá:
on
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
20
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Sự biến thiên của dòng điện i(t) trong quá trình Thyristor khóa
Từ t0 đến t1 dòng điện ngược lớn, sau đó J1,J3 trở nên cách điện. Do hiện tượng
khuyếch tán một ít điện tử giữa hai mặt ghép J1 và J3 ít dần đến hết, J2 khôi
phục tính chất của mặt ghép điều khiển.
3. KHỐI XUNG ĐIỀU KHIỂN.
3.1CHỨC NĂNG CỦA KHỐI TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN.
3.2GIỚI THIỆU LINH KIỆN CÓ TRONG KHỐI.
4. KHỐI TẢI.
4.1CHỨC NĂNG CỦA KHỐI TẢI.
4.2CÁC LOẠI TẢI THƯỜNG GẶP.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
21
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
22
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
PHẦN 3 :THIẾT LẬP CÁC CÔNG THỨC TÍNH
TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP ĐÁP
ỨNG CÔNG SUẤT THEO CÁC LOẠI TẢI.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
23
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
PHẦN 4:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
24
Trường SPKT Hưng Yên
Khoa:Điện-Điện Tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & T Đ
Đ
PHỤ LỤC
Giáo Viên Hướng Đẫn
Giang Hồng Bắc
Nhóm Thực Hiện :Nguyễn Mạnh Tuấn
Hoàng Trọng Vân
25
