Tổng quan mạch chỉnh lưu cầu một pha

Trang 1

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
Trang 2
Phần một:
TỔNG QUAN MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA
1.Sơ đồ:


Chỉnh lưu cầu một pha.
2.Nguyên lý hoạt động:
Trong sơ đồ có 4 Tiristor đựơc điều khiển bằng các xung dòng tương ứng i
t1,
i
t2,
i
t3,
i
t4
.
Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp
U
2
= U
2m
sin ωt (v).
Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với u
2
nhưng xuất hiện sau u
2

.
Các xung i
t1
và i
t3
xuất hiện sau u
2
một góc α.
Các xung i
t2
và i
t4
xuất hiện sau u
2
một góc π +α.
Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi u
2
=0.
Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện cảm L.
Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.
Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu
như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó I
d
.
Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là:
- Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
- Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2 và
E > 0.
*.Hoạt động:

Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U
2
> 0, các Tiristor T
1
và T
3
phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở.
Tại thời điểm α = θ
1
= ωt
1
ta cho xung điều khiển mở T
1
và T
3
: U
d
= U
2.

Dòng điện đi từ A qua T
1
đến tải rồi qua T
3
về B.
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
U2
U1
T3
T2

T4
T1
R
+
E
L
M
N
Trang 3
Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) U
d
= U
2
= U
2m
sin ωt (v).
Khi T
1
và T
3
mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải:
Ldi/dt + R.i
d
+ E = U
2
= U
2m
sin ωt (v).
Tại lúc góc pha bằng π, U
2

= 0 nhưng T
1
và T
3
vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng vẫn
còn lớn hơn 0.
Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U
2
< 0 , các Tiristor T
2
và T
4
phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở.
Tại thời điểm θ = θ
2
= ωt
2
= π + α ta cho xung điều khiển mở T
2
và T
4
: U
d
= -U
2.
Dòng điện đi từ B qua T
2
đến tải rồi qua T
4
về A.

Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) U
d
= -U
2
= -U
2m
sin ωt (v).
Sự mở T
2
và T
4
làm cho U
N
= U
B
v à U
M
= U
A
. Do đó điện áp trên T
1
và T
3
là:
U
T1
= U
A
– U
M

= U
A
- U
B
= U
1
< 0.
U
T3
= U
N
– U
B
= U
A
- U
B
= U
2
< 0.
Do đó làm cho T
1
và T
3
tắt một cách tự nhiên.
3. Biểu thức xác định dòng và áp:
Do điện cảm có giá tri rất lớn nên dòng qua tải i
d
là dòng liên tục, i
d

= I
d
.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

αωω
α
α
cos
2
...sin
1
22 mmd
UtdtUU
Π
=
Π
=
∫
+Π
Do α < π /2 nên U
d
luôn dương.
Hay: U
d
= R.I
d
+ E.
Giá trị trung bình dòng qua tải ( dòng chỉnh lưu):
I

d
=
R
EU
d
−
4. Dạng đường cong điện áp và dòng chỉnh lưu:
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
U
d
θ
2π
π
U
d
θ
1
θ
2
π
2π
α
π+α
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θθ

θ
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
I
T1,3
I
T2,4
i
2
i
d
i
d
I
T2,4
I
T1,3
Chỉnh lưu Nghịch lưu phụ thuộc
Trang 4
5. Hiện tượng trùng dẫn:

Thực tế khi xét đến điện cảm L
c
( trên cuộn dây thứ cấp MBA), ta có thể biểu diễn
mạch như sau:

Do có điện cảm L
c
, nên tại góc α, khi ta cho xung điều khiển mở T
2
và T
4
dòng điện
qua T
1
và T
3
l à i
t1,
i
t3
không thể giảm đột ngột từ I
d
xuống 0, và dòng qua T
2
và T
4
cũng
không thể tăng đột ngột từ 0 đến I
d
. Hiện tượng mở đồng thời cả bốn Tiristor như vậy

gọi là hiện tượng trùng dẫn.
Lúc này cả 4 Tiristor đều mở cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch, U
d
= 0, nguồn e
2
cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch i
c.
Ta có phương trình:
θ
θ
.
.
.sin2
2
d
diX
U
cc
=

[ ]
θαθθ
θ
α
coscos
2
..sin
2
2
2

2
2
−==⇒
∫
X
U
d
X
U
i
mm
s

- Hiện tượng trùng dẫn làm cho điện thế tại hai điển M và N bằng nhau và dòng chỉnh
lưu i
d
= 0
- Hiện tượng trùng dẫn bắt dầu từ góc α và kéo dài đến khi i
T1,3
giảm đến 0 tại π+α
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
eL
T3
T2
T4
T1
1
R
1
L

1
+
E
Lc
M
N
Trang 5
Đặt i
c
= i
c1
+i
c2
với i
c1
= i
c2
= i
c
/2
i
c1
làm tăng dòng trong T
4
và làm giảm dòng trong T
3
i
c2
làm tăng dòng trong T
2

và làm giảm dòng trong T
1
( )
[ ]
απα
+−=
coscos
2
2
2
4,2
c
T
X
U
i

( )
[ ]
απα
+−=
coscos
3,1 dT
Ii
(A)
Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn, tức là khi θ=μ, i
T1,3
= 0, phương trình chuyển mạch có
dạng:
( )

2
2
2
coscos
U
IX
dc
=+−
αθα
(1)
Xát định sụt ápchỉnh lưu trung bình ΔUμ do hiện tượng trùng dẫn gây ra:
( ) ( )
[ ]
αµα
π
θαθ
π
µ
µ
+−=+=∆
∫
coscos
2
.sin2
1
2
0
U
dU
(2)

Thay (2) vào phương trình (2) ta có được:
π
µ
d
IX
2
2
=∆
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu khi kể đến hiện tượng trùng dẫn:
U’
d
= U
d
– Δuμ

π
d
d
IX
U
2
2
−=
Trong đó:
α
π
cos
22
2
U

U
d
=
Dạng đường cong dòng và áp khi trùng dẫn:
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
θ
θ
U
d
θ
1
θ
2
2π
μ
I
d
i
d
i
T1
i
T2
Trang 6
Phần hai:
TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC.

Tính chọn mạch động lực dùng trong sơ đồ với các thông số:
Điện áp một chiều của động cơ: Eưđm = 110 VDC
Dòng điện định mức: Iưđm = 2.35 A

Công suất động cơ: Pđm = 160W
Hệ số dự trữ dòng điện ( chọn) : Ku= 1,6.
Hệ số dự trữ điện áp ( chọn) : Ki=1,3. ( Ki = 1,1 ÷1,6).

2 2 0 V
U 2
T3
T4
T2
T1
Z
Mạch động lực
1Tính chọn bộ biến đổi:
1. Xát định điện áp chỉnh lưu không tải:
Bộ biến đổi điện áp chỉnh lưu Thysisto cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cung
cấp cho phần ứng của động cơ một chiều hoạt động.
a. Điện áp chỉnh lưu không tải được tính như sau:
U
do
= (U
dm
+ 4%U
dm
+ 1,5%U
dm
+ 0,8%U
dm
+ ∆U
rt
) (1)

Trong đó:
U
dm
: điện áp chỉnh lưu cực đại. U
dm
= Eưdm = 110 V
4%U
dm
: sụt áp trên điện trở MBA.
1,5%U
dm
: sụt áp trên điện kháng MBA.
∆U
rt
: sụt áp trên 2 Tiristor nối tiếp ∆U
r
≈ 2 V.
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
Trang 7
Thay các trị số vào phương trình (1) ta được:
U
d
= (110 + 0,04.110 + 0,015.10 + 0,08.110 + 2) = 118,93 V
Vậy điện áp chỉnh lưu không tải U
d
= 118,93 V.
b.Giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp MBA.
Ta có:
α
π

cos
2
2
U
U
d
=

với α = 0.
Suy ra
V
U
U
d
1,132
22
93,118.
22
.
2
===
π
π
Do đó tỉ số MBA là: m = U
2
/U
1
= 132,1/220 = 0,6
d. Điện áp ngược lớn nhất mỗi Tiristor phải chịu:

VUU
im
8,1861,132.22
2
===
2. Xát định dòng chỉnh lưu và dòng trong mỗi pha của MBA :
a. Dòng chỉnh lưu trung bình:
Dòng điện chỉnh lưu trung bình cũng chính là dòng trong phần ứng của động cơ
điện:
I
d
= Iư

= 2,35 A
b. Dòngđiện chỉnh lưu trung bình chảy trong mỗi Tiristor:
I
o
= I
d
/2 = 2,35/2 = 1,175 A
c. Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong pha thứ cấp MBA:
I
2
= I
d
= 2,35 A
d. Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong pha sơ cấp MBA:
I
1
= mI

2
= 0,6.2,35 = 1,41 A
2.Chọn Tiristor:
Dựa vào các thông số:
Hệ số dự trữ điện áp : Ku = 1,6.
Hệ số dự trữ dòng điện: Ki = 1,3.
Yêu cầu về mặt kỹ thuật các Tiristor phải chịu được :
Điện áp ngược lớn nhất : U
ng
= Ku.U
im
=1,6.186,8 = 299 V
Dòng điện trung bình I
tb
= Ki.I
0
= 1,3.1,175 = 1,5275 A
Theo bảng I.3 ĐTCS ta chọn loại Tiristor có các thông số sau:
Mã hiệu I
tb
(A)
U
im
(KV)
ΔU
(V)
t
off
(μs)
I

g
(A)
U
g
(V)
d
i
/d
t
(A
/μs)
d
u
/dt
(μs/μs)
KY(2Y)-201KЛ 2 0,3 2 35 0,35 5,3 40 50
3. Tính chọn máy biến áp:
a. Mạch từ:
- Công suất biểu kiến của MBA:
S = U.I = 132,1.2,35 = 310,4 W.
MBA một pha, ta chọn mạch từ 1 trụ: c = 1, tần số : f = 50Hz.
-Tiết diện trụ tính toán theo công thức kinh nghiệm:

fc
S
kQ
.
=
Máy biến áp khô nên k = 6.
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2

Trang 8
Do đó:
2
95,14
50.1
4,310
6 cmQ
==
Dựa vào bảng “ Máy biến áp công suất nhỏ” ta chọn MBA có công suất 390 W -
50Hz Với các thông số sau:
_ Bề dày lá thép: 0,35 mm
_ Chiều dài trung bình đường sức: 27,4 cm
_ Thể tích thép từ: 510cm
2
_ Trọng lượng thép từ: 4040g = 4,04 kg
_ Số lượng lá thép: 160 lá.

Mạch từ có dạng như hình vẽ với các kích thước như sau:
a(mm) h(mm) c(mm) C(mm) H(mm) B(mm)
32 80 32 128 112 64
Trụ :
_Tiết diện thô = cxB = 3,2.6,4 = 20,48 cm
2
.
_ Tiết diện hiệu quả = 0,95.20,48 = 19,5 cm
_ Trọng lượng trụ = 7,5.0,195.1,2 = 1,75 kg
Quy lat ( Quylass):
_ Tiết diện thô = axB = 3,2.6,4 = 20,48 cm
2
.

_ Tiết diện hiệu quả = 0,95.20,48 = 19,5 cm
_ Trọng lượng trụ = 7,5.0,195.1,6 = 2,3 kg
Từ cảm:
_Trong các trụ chọn Bm= 1,1 T
_Trong các quy lat chọn B’
m
= 1,1.19,5/19,5 =1.1 T
b. Chọn dây quấn:
-Số vòng dây mỗi pha:
+ Sơ cấp:
462
10.1,1.5,19.50.44,4
220
...44,4
4
1
1
===
−
m
BQf
U
n
vòng
+ Thứ cấp:
278
10.1,1.5,19.50.44,4
1,132
...44,4
4

2
2
===
−
m
BQf
U
n
vòng
GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Đinh Tấn Toàn Lớp 01D2
c
B
C
a
a/2
c
h

H
tiết diện trụcác kích thước cơ bản