Phân tích và mô phỏng thiết bị chỉnh lưu bằng MATLAB, đại học Đà nẵng

GVHD: PGS.TS ĐOÀN QUANG VINH
SVTH : VÕ XUÂN HẢO
LÊ MINH TUẤN
LỚP : 01Đ2A

1


1. Phân tích thiết bị chỉnh lưu
1.1 Tính chất của điện áp chỉnh lưu và dòng điện chỉnh lưu
Z
ud

Ui + Rid

uL

QL = Q'L

t=0
Lu
Ud

Eu

Rid

Ru

id

t
Ui

a)

id

0

t
b)

id
0
id

t
c)

0

t

Hình 1.1: Điện áp chỉnh lưu và dòng điện chỉnh lưu

2


1.2 Thiết bị chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển
V3

u1

u2

u3

α
u1

ud
Lu

iV1
uV1

iV3

iV2
V1

V3
uV3

Ru

0

V3

V1

V2

π π α
m
2

u3

u1

u3

iG2

u2

iG1

iV3

iG2

iV1

u1 - u3

π

m

θ

iV3
θ

V3

V1

V2
α

V3
ud

α

θ

Eu

π

θ
iG3

iV2

α

Um

θ3

0

uV1

Ud

θ2

θ1

0

iG3

α

2π
m

α

0

V3
ud

θ

iG1
π

2

2 m

u2

V3

θ1

π π α
m

π π

V2
ud

Eu

V2
uV2

V1

u1

0

m

u2

u1 - u2

2π
m

u3 - u1

Hình 1.2a: Bộ chỉnh lưu
tia 3 pha có điều khiển

iV3
0

0

iV1

θ2

θ1

uV3

iG1

iV2

iV3

iV3
θ

u3

iV1

θ3
iG2

iV2

0

Hình 1.2b: Dạng sóng điện áp và dòng điện

θ
iG3

iV3
θ

3


1.2.1 Điện áp chỉnh lưu
trung bình

1.2.2 Đặc tính điều khiển và đặc tính ngoài
Cheáñoä
chæ
nh löu

Udi
Udi0

U di =

π
pU m
sin   cos α
π
p

π
pU m
U di0 =
sin  
π
p
⇒ U di = U di0 cosα

Udi

Cheáñoä
nghòch löu

Udi0

α=0

1
0,5

α = π/3

π 2π
2 3

π

π
3

0
-0,5

α

α = π/2
0

Id

α = 2π/3

-1
γ

Hình 1.2.2: Đặc tính điều khiển và đặc tính ngoài

π<α<π
2

θ
0

Ud= -500 V

id = 100 A

Eu = -510 V

1.2.3 Bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu

10 V

Ud = Ui < 0

Ud

Hình 1.2.3: Bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu

4


1.2.4 Thiết bị chỉnh lưu tia 3 pha có diode V0
1. Sơ đồ và dạng sóng

α<

ud
u1

u2

u3

iV0
uV0

iV1
V1

V2

V3

π
2

π

m

ud
V0

Z
id

0

u1

V3

V1

V2

θ

Hình 1.2.4a: Thiết bị chỉnh lưu tia 3 pha có V0

2. Điện áp chỉnh lưu trung bình
π 
pU m sin  
 p  1 − sin  α − π 
U di =




p 
π  

2π sin  
 p

π
1 − sin  α − 
p

= U di 0
π 
2 sin  
 p
U di 0

π 
pU m sin  
 p
=
π

π
2

π
m

α> π
2

2π
m

α

π
m
ud

u1

0
V3

V1
V0

V2
V0

θ
V1

V3
V0

V0

Hình 1.2.4b: Dạng sóng điện áp chỉnh lưu

5


1.3 Thiết bị chỉnh lưu cầu 3 pha
u1

u2

V3

V1

V3

V5

α

u3

u1

V3

udA

u3

u2

V1

2U

V1

V4

V3

V6

V5

V2

θ

0

α
V4

ud

V6

V2

udK

V4

V6

V2

V3V6 V1V6 V1V2 V2V3 V3V4 V4V5 V5V6 V1V6 V1V2

Z
iV1

u1

u2

u3

0

id

iV4

θ

π/3

2π/3

id

i1 = iV1 - iV4

θ

0

V1

V3

V5

u1 - u2

V2

V6

α

ud = udA - udK

V4
6U

Z

Hình 1.3a: Thiết bị chỉnh lưu cầu 3 pha

0

θ

Hình 1.3b: Dạng sóng điện áp và dòng điện

6


1.3.1 Điện áp chỉnh lưu trung bình
U di =

6 3U m
cos α
2π

1.3.2 Giản đồ đóng cắt
V1 V1 V3
V6 V2 V2

V3 V5
V4 V4

V5
V6

V1
V6

V1

V2

V1
V2
V3
V4
V5
V6

π/3

θ

iGV1
iGV2
iGV3
iGV4
iGV5
iGV6

θ

Hình 1.3.2: Giản đồ đóng cắt

7


1.4 Thiết bị chỉnh lưu cầu 3 pha có V0
1. Sơ đồ và dạng sóng
u1

u2

V5
V1
V0 V6 V0 V6

u3

α > π/3

α < π/3
ud

V1

V4

V3

V6

V5

V0

V2

0

ud
Z

θ
u1 - u2

6U

Hình 1.4: Thiết bị chỉnh lưu cầu 3 pha và dạng sóng điện áp chỉnh lưu

2. Điện áp chỉnh lưu trung bình
U di =

3 3U m
π


π 

1
−
sin
α
−



6 



8


1.5 Thiết bị chỉnh lưu cầu 1 pha
1.5.1 Sơ đồ và dạng sóng

V1

V3
α

iV1

i

θ
udK

u2

V2

iV4

u

V1

V4

V3

V2
ud

id

V4

iV1 = iV2
0

u2

V2

iV4 = iV3
id
θ

i = iV1 - iV4

0

θ
u2 - u1

Z
u1

u1

udA

0

u1

V1

uV1

u2

u = u1 - u2

0

θ

V1 V3
V1V2

V2 V4

V3V4

Z

Hình 1.5.1a: Sơ đồ cầu 1 pha

α

1.5.2 Điện áp chỉnh lưu trung bình
2U m
cos α = U di 0 cos α
π
2U m
=
π

U di =
U di0

0
u

ud = udA - udK
θ

Hình 1.5.1b: Dạng sóng điện áp và dòng điện

9


1.6 Thiết bị chỉnh lưu cầu 1 pha có diode V0
1.6.1 Sơ đồ và dạng sóng
V0

i

V0

V3V4

V0

V1V2

u2

u1
iV1

V1V2

α

iV4

u

V1

V4

V3

V2

V0

0
u

θ

id
Z
ud

Hình 1.6.1a bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có V0

Hình 1.6.1b dạng sóng điện áp chỉnh lưu

1.6.2 Điện áp chỉnh lưu trung bình
Um
(1+ cos α )
U di =
π

10


Eu

1.7 Chỉnh lưu trong chế độ dòng điện gián đoạn
uL=ud -Ruid
ud=Ru id

Lu

α
α

V3

θk
0

ωQL=ωQ'L

αmin

ud

Ru
ud =Ruid

θz
0 V1

Lu

αmax
α

Ru

u1

ωQL=ωQ'L

0

id

uL=ud-Eu

θ 0

0 V3

V2

ud

0

Eu
id

θ

θk

θz
V3

u1

Ruid
θz

0
0

V1

V1

θk

θ
0

V2

Hình 1.7a Dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu trong chế độ gián đoạn
π
p

Udi

Ud = Ui
α=0

Udi0

α=α1

Um

2

α=α2

3

α=α3

0

α1 α2

α3

α4

Id
α5

α

0

α=α4

IdpM
1
4

Hình 1.7b Biên giới dòng gián đoạn

5

α=α5

11


1.8 Hiện tượng trùng dẫn

u

u1

u2

u3

Lk

Lk

Lk

V1

V2

V3

iV1

ud

Lk
iV1

L
Z

iV2V2

Z
L

uk = u2 - u1

µ

ωQLk
ud

Ukm

V4

iV3V3

2π
p

α

iV4

V1

id

iV2

i1

ud

u

ωQLk

Um
0

0
u1
u1 + u2

-u

u2

2

iV3

µ
iV1

Ikm

iV2
Id

0

θ

θ

Ikm(cosα cos θ)

0
i

Ikmcosα
θ

0 -Id

iV1
θ
Id
θ

Hình 1.8 Dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu khi trùng dẫn
12


2. Mơ phỏng thiết bị chỉnh lưu
2.1 Lưu đồ thuật tốn
1/ Trường hợp Lk = 0

2/ Trường hợp Lk ≠ 0

U, f, Lk, Rk,
Eu, Lu, Ru, α, V0

U, f, Lk, Rk,
Eu, Lu, Ru, α, V0

Tính:
Um, L, R, ω, Z, τ, τ', ϕ, θz

Tính:
Um, L, R, ω, Z, τ, τ', ϕ, θz
Sai

V0 = 0
Đú

ng
θk = θz +
id(θz)

2π
θk = θz + p
id (θz), piV0

2π
p

θk = θz +
id(θz)
Sai

id(θz)≤0
id(θz)≤0
Đú
ng
id(θz)=0
Tính lại θk

Sai

Đú
ng
id(θz)=0
Tính lại θk

2π

p

Sai
θk>piV0
Đú
ng

θk>piV0
Sai
Đú
ng

id(θz)≤0

Sai

Đú
ng
id(θz)=0
Tính lại θk

Tính µ, id(θz)

Tìm biể
u thứ
c: id, ud, uv
Tính: Id, Ud, Uvngmax

Tìm biể
u thứ

c: id, ud, uv
Tính: Id, Ud, Uvngmax

Xuấ
t kế
t quả
:
Dạng só
ng: id, ud, uv
Giátrò: Id, Ud, Uvngmax

Xuấ
t kế
t quả
:
Dạng só
ng: id, ud, uv
Giátrò: Id, Ud, Uvngmax

13


2.2 Mô hình mô phỏng một số thiết bị chỉnh lưu

Hình 2.2a: Mô hình thiết bị chỉnh lưu tia ba pha có diode V0
14


Hình 2.2b: Mô hình mô phỏng thiết bị chỉnh lưu cầu 3 pha
15

2.3 Kết quả mô phỏng

Hình 2.3a: Chỉnh lưu tia 3 pha không có V0, dòng điện liên tục

Hình 2.3b: Chỉnh lưu tia 3 pha có V0, dòng điện liên tục

16


Hình 2.3c: Chỉnh lưu tia 3 pha có trùng dẫn

Hình 2.3d: Chỉnh lưu cầu 1 pha có trùng dẫn

17


Hình 2.3e: Chỉnh lưu cầu 3 pha, chế độ dòng điện liên tục
18