Tài liệu BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN pdf

Điện tử công suất 1

2-12

2.4 - BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN

Sơ đồ mạch vẽ trên hình H2.8:
Bằng cách chia nguồn điện áp u làm 2 nửa bằng nhau, ta tạo nên hệ thống nguồn xoay chiều
2 pha đối xứng u
1
, u
2


()
π
−=−=
==
X
Uu
u
X
Uu
u
m
m
sin
sin
22
22
2

1
(2.25)
Bài tóan phân tích hoạt động mạch chỉnh lưu cầu một pha được qui đổi thành phân
tích hai nhóm mạch chỉnh lưu tia hai pha (hình H2.9).
Nhóm anode gồm V
1
,V
3
. Góc điều khiển α được tính từ thời điểm bắt đầu xuất hiện áp khóa
trên linh kiện đến khi đưa xung kích vào cổng điều khiển của nó, ví dụ, đối với V
1
, áp khóa
tồn tại khi u
1
- u
2
= u > 0 hay u
1
> 0. Khi V
1
dẫn:
u
V1
= 0 ;u
V3
= u
2
- u
1
= -u

u
dA
= u
1

Khi V
3
dẫn:
u
V3
= 0 ;u
V1
= u
1
- u
2
=u
u
dA
= u
2


Tương tự
nhóm cathode gồm V
2
,V
4
, góc α cho V
4

được tính từ thời điểm:
u
2
-u
1
= - u >0, tức u >0
Khi V
4
dẫn :
u
V4
= 0 ; u
V2
= u
1
- u
2
=u ; u
dA
= u
1
Khi V
2
dẫn :
u
V2
= 0 ; u
V4
= u
2

- u
1
=-u ; u
dA
= u
2

Điện áp và dòng tải chỉnh lưu
u
d
= u
dA
- u
dK

E
dt
di
LiRu
d
dd
++= ..

Điện tử công suất 1

2-13
Tổng hợp các kết quả phân tích, ta có thể biểu diễn trạng thái hoạt động của mạch
chỉnh lưu, ví dụ khi V
1
V

2
đóng bằng hệ phương trình sau :
u
v1
= 0 ; i
v1
= i
d

u
v2
= 0 ; i
v2
=i
d
; u
v3
= - u ; i
v3
= 0 (2.26)
u
V4
= -u ; i
V4
= 0
u
d
= u

E

dt
di
L
d
d
++ .iRu
d
= .

Kết quả phân tích dưới dạng đồ
thò được vẽ trên hình H2.10
Các hệ quả:
- Nếu dòng qua tải liên tục,
điện áp tải có dạng chỉ phụ thuộc vào
góc điều khiển α và áp nguồn. Dạng áp
chỉnh lưu có hai xung trong một chu kỳ
áp nguồn với chu kỳ xung chỉnh lưu
bằng 1/2 chu kỳ áp lưới T
p
= T/2
- Ví dụ khi V
1
dẫn, áp khóa
xuất hiện trên V
3
khi u
V3
= -u > 0, tức
trong nửa chu kỳ âm của áp nguồn. Từ
đó suy ra, phạm vi góc điều khiển α là

( 0,π )
- Trò trung bình điện áp chỉnh
lưu :


()
()
α
π
α
α
πππ
α
πα
α
πα
α
cos
cossin.
UU
U
XdXUdXuU
d
m
mdd
22
211
=
===
∫∫

++
(2.27)
Với 0 < α < π, điện áp chỉnh lưu trung bình được điều khiển thay đổi trong
khoảng:

()
UUU
d
..
π
α
π
2222
+<<−
(2.28)

- Mỗi thyristor dẫn điện trong 1/2 chu kỳ áp nguồn, từ đó trò trung bình dòng
qua nó bằng
2
d
I
. Điện áp cực đại xuất hiện trên thyristor bằng biên độ áp nguồn U
m

Điện tử công suất 1

2-14
Ví dụ 2.4
Cho bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn với các tham số sau: áp pha nguồn
ac 120V, f=50Hz. Tải R-L mắc nối tiếp R=10

Ω
, L=100mH. Góc kích . Xác đònh chế
độ dòng điện tải và trò trung bình của nó
0
60=
α
Giải:
Có thể kiểm chứng để thấy rằng dòng điện tải liên tục.

Trò trung bình áp tải:
VUU
d
5460120
2222
0
=== cos.cos.
π
α
π


2.5 – CÁC BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN CHỨA DIODE – QUI TẮC PHÂN
TÍCH MẠCH BỘ CHỈNH LƯU TỔNG QUÁT

Các diode xuất hiện trong bộ chỉnh lưu điều khiển dưới dạng mạch điều khiển bán
phần hoặc dạng diode không (diode zero), hoặc trong dạng bộ chỉnh lưu không điều khiển.
Các diode dùng thay thyristor trong mạch làm giảm giá thành mạch động lực lẫn mạch điều
khiển, hạn chế thành phần xoay chiều của dòng chỉnh lưu, điều này dẫn đến chất lượng
dòng điện phẳng hơn. Do đó, tăng hiệu suất cũng như hệ số công suất nguồn điện. Ở một
vài dạng mạch, việc đưa thêm diode vào mạch làm tăng khả năng điều khiển góc α trong

thực tế đạt đến giá trò lý tưởng (ví dụ α
max
= π )
Phân tích hoạt động của các bộ chỉnh lưu chứa diode có thể dựa trên ba bước chính
1/ -Tách dạng mạch chỉnh lưu cầu thành hai nhóm mạch tia mắc nối tiếp. Mỗi nhóm
mạch tia gồm hai hai nhiều nhánh mạch tia mắc song song. Mỗi nhánh của mạch tia có thể
gồm:
a. nguồn điện mắc nối tiếp với linh kiện. Linh kiện có thể ở dạng điều khiển
(SCR) hoặc không điều khiển (diode)
b. linh kiện. Trường hợp này, nguồn điện được giả thiết bằng 0.
2/- Với giả thiết dòng điện qua tải liên tục và bỏ qua tác dụng cảm kháng trong của
nguồn, thực hiện phân tích giản đồ đóng ngắt các linh kiện trong từng nhóm mạch tia theo
qui tắc phân tích bộ chỉnh lưu mạch tia như sau:

Qui tắc 1: Dấu qui ước chọn cho các điện áp pha nguồn có cực dương tiếp xúc với
anode linh kiện.
Trong nhóm mạch chỉnh lưu mạch tia nhiều pha, tại thời điểm đang xét giữa cáùc
thyristor được kích đồng thời, diode và linh kiện đang dẫn điện thì linh kiện nào mắc vào
nguồn áp pha có trò tức thời lớn nhất trong tất cả các pha nguồn sẽ chuyển sang trạng thái
đóng, tất cả các linh kiện còn lại bò ngắt. (Diode được xem như một dạng đặc biệt của
thyristor có chế độ kích đóng liên tục).
Qui tắc 2: Trong trường hợp, dấu điện áp pha nguồn ngược lại với qui tắc 1-
Trong nhóm mạch chỉnh lưu mạch tia nhiều pha, tại thời điểm đang xét, giữa cáùc

thyristor được kích
đồng thời, diode và linh kiện đang dẫn điện thì linh kiện nào mắc vào
nguồn áp pha có trò tức thời nhỏ nhất trong tất cả các pha nguồn sẽ chuyển sang trạng thái
đóng, tất cả các linh kiện còn lại bò ngắt
Khi một nhánh của mạch tia chỉ chứa linh kiện thì điện áp nguồn của nhánh đó bằng
0. Một linh kiện đang dẫn điện sẽ bò ngắt khi có linh kiện khác mắc vào nguồn áp tức thời

lớn hơn được kích đóng
Điện tử công suất 1

2-15
3/ -Kết hợp giản đồ đóng ngắt linh kiện của các nhóm mạch tia để tạo thành giản đồ
đóng ngắt linh kiện của bộ chỉnh lưu cầu. Theo giản đồ đóng ngắt đó, ta xác đònh điện áp
tải chỉnh lưu cầu và giải phương trình mạch để xác đònh dòng điện tải.
- Nếu dòng tải bò gián đoạn thì khoảng có dòng gián đoạn sẽ được thay thế bằng trạng
thái không dẫn điện và dạng áp trên tải trong khoảng này được thay bằng sức điện động tồn
tại trong mạch (u
d
=E, nếu có ) hoặc bằng không (u
d
=0, nếu tải RL), còn trong khoảng thời
gian dòng tải liên tục, điện áp tải phụ thuộc vào áp nguồn và góc kích xác giữ nguyên từ
kết quả phân tích theo qui tắc.

Ví dụ 2.5: áp dụng qui tắc phân tích bộ chỉnh lưu để xác đònh quá trình điện áp và dòng
điện cho bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần dạng không đối xứng. Giả thiết dòng tải
liên tục.


Hướng dẫn:


Mạch cầu được phân tích thành hai mạch tia –
nhóm anode V
1
V
3

và nhóm cathode V
2
V
4
.
Nhóm mạch tia anode V
1
,V
3
với các pha
nguồn tương ứng là u và 0, dấu qui ước thỏa mãn qui
tắc 1.
Nhóm cathode gồm V
2
,V
4
với các pha nguồn
tương ứng là u và 0, dấu nguồn thỏa mãn qui tắc 2.
Giản đồ đóng ngắt linh kiện V
1
V
2
V
3
V
4
được suy ra
trên hình vẽ H2.12.
Tổng hợp giản đồ đóng ngắt linh kiện của hai
nhóm mạch tia, ta có giản đồ đóng ngắt cho mạch

cầu- xem hình vẽ H2.12. Từ đó, quá trình điện áp và
dòng điện được dẫn giải như sau:
Trạng thái V
1
V
2
: u
d
=u
Trạng thái V
2
V
3
: u
d
=0
Trạng thái V
3
V
4
: u
d
=-u
Phương trình dòng điện tải áp dụng cho các
trạng thái là:
E
dt
di
LiRu
d

dd
++= ..

Trò trung bình điện áp tải:
Điện tử công suất 1

2-16
)cos()cos()(
α
π
α
π
α
+=+= 1
2
1
U
U
U
m
d
(2.29)
Nếu giả thiết dòng qua tải được lọc phẳng i
d
=I
d
, ta có:
- Trò trung bình dòng qua linh kiện:
dSCRAV
II .

.
π
απ
2
−
=
;
dDAV
II .
.
π
απ
2
+
=
(2.30)
- Trò hiệu dụng dòng điện qua nguồn:
d
I.I
π
α−π
=
(2.31)


Ví dụ 2.6:
Áùp dụng qui tắc phân tích bộ chỉnh lưu để xác đònh quá trình điện áp và dòng điện cho
bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần dạng đối xứng. Giả thiết dòng tải liên tục.
Hướng dẫn:

Mạch cầu được phân tích thành hai mạch tia –nhóm anode V
1
V
3
và nhóm cathode V
2
V
4

(hình H2.13).