Tài liệu CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ CHỈNH LƯU VÀ HỆ QUẢ docx

Điện tử công suất 1

2-21
2.6 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ CHỈNH LƯU VÀ HỆ QUẢ
2.6.1 CHẾ ĐỘ CHỈNH LƯU VÀ CHẾ ĐỘ NGHỊCH LƯU
Trong chế độ chỉnh lưu (hình H2.19a), công suất tiêu thụ đưa từ nguồn xoay chiều
sang mạch một chiều. Giả thiết dòng điện tải được lọc phẳng, công suất do bộ chỉnh lưu
cung cấp có giá trò P
d
=U
d
.I
d
, điều kiện của chế độ chỉnh lưu là P
d
≥
0. Do dòng điện tải luôn
dương, nên điều kiện trên đồng nghóa U
d
≥
0. Các bộ chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn, điện
áp chỉnh lưu không âm xảy ra với các góc kích điều chỉnh trong phạm vi:
2
0
π
α
≤≤
. Các
bộ chỉnh lưu điều khiển bán phần, điều kiện để U
d
>0 xảy ra với góc kích nằm trong phạm

vi
πα
≤≤0
.
Tải tiêu thụ công suất P
d
>0 có thể là tải thuần trở R hoặc dạng nối tiếp RL hoặc tải
gồm RLE với E là sức điện động một chiều E>0 .


Trong chế độ nghòch lưu, công suất phát ra từ tải sẽ đưa trả về nguồn xoay chiều qua
bộ chỉnh lưu. Vì công suất bộ chỉnh lưu nhận về bằng P
d
=U
d
.I
d
, điều kiện của chế độ
nghòch lưu xảy ra khi P
d
≤
0. Do dòng điện tải luôn dương, nên điều kiện trên đồng nghóa
U
d
≤
0. Đối với các bộ chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn, điện áp chỉnh lưu sẽ âm nếu góc
kích thay đổi trong phạm vi:
2
π
απ

≥≥
. Đối với các bộ chỉnh lưu điều khiển bán phần,
điều kiện để U
d
<0 không thể xảy ra với mọi giá trò của góc kích. Do đó chế độ nghòch lưu
của bộ chỉnh lưu không thực hiện được với bộ chỉnh lưu điều khiển bán phần.
Tải chỉ phát ra công suất P
d
<0 khi nó chứa phần tử sức điện động E<0- ví dụ động
cơ một chiều ở chế độ máy phát. Tải chứa cuộn kháng lớn cũng có thể phát ra công suất
đưa về nguồn xoay chiều trong thời gian ngắn.
Trên hình H2.20 là các đồ thò minh họa quá trình điện áp chỉnh lưu bộ chỉnh lưu cầu 3
pha khi bộ chỉnh lưu chuyển chế độ làm việc từ chế độ chỉnh lưu sang chế độ nghòch lưu với
giả thiết dòng điện tải liên tục. Các quá trình sóng đồng bộ (dạng cosin) và tín hiệu điện áp
điều khiển được vẽ trên cùng một trục tọa độ với đồ thò điện áp chỉnh lưu trên tải. Ta thấy,
quá trình điện áp tải u
d
thay đổi liên tục theo đường cosin khi chuyển từ chế độ chỉnh lưu
sang chế độ nghòch lưu. Trong trường hợp ngược lại, điện áp chỉnh lưu thay đổi dạng nhảy
cấp.
Điện tử công suất 1

2-22

Ví dụ 2.12:
Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn mắc vào nguồn ac một pha với trò
hiệu dụng 220V, f=50Hz. Tải RLE với R=1
Ω
, giả thiết dòng điện tải liên tục với L lớn vô
cùng làm dòng tải phẳng với độ lớn I

d
=20A. Cho biết góc điều khiển , vẽ quá trình
điện áp tải và dòng điện qua nguồn ac. Xác đònh độ lớn sức điện động E. Tính công suất
phát ra của sức điện động và công suất nguồn ac nhận được.
0
120=
α


Giải
Đồ thò các quá trình điện áp tải, dòng điện nguồn- xem hình vẽ H2.21:
Với giả thiết dòng tải liên tục, điện áp trung bình trên tải:
][cos.. VU
d
99120220
22
0
−==
π

Sức điện động E xác đònh theo hệ thức:
U
d
=R.I
d
+ E=U
d
-R.I
d
=-99-1.20=-119[V]

Công suất phát ra từ tải:
P
E
=E.I
d
=-119.20=-2380W=-2,38kW
Công suất tiêu hao trên điện trở:
P
R
=R.I
d
2
=1.202=400W=0,4kW
Công suất nguồn ac cung cấp:
P
ac
=U
d
.I
d
=-99.20=-1.980W=-1,98kW
Dấu (-) có nghóa là tải đưa công suất về nguồn qua bộ chỉnh lưu.
Điện tử công suất 1

2-23



Ví dụ 2.13:
Giải thích các chế độ làm việc của các bộ chỉnh lưu theo cấu hình H2.22 a/-b/-c/- khi

thay đổi góc kích trong phạm vi
)(
2
0
π
α
≤≤
và
)(
πα
π
≤≤
2
. Khi nào tồn tại chế độ
nghòch lưu trong các cấu hình trên. Trạng thái công suất giữa nguồn và tải như thế nào?



Giải:
Ở trường hợp a/-, chiều của sức điện động E và dòng điện của tải cho thấy tải luôn
nhận công suất. Khi
)(
2
0
π
α
≤≤
, điện áp chỉnh lưu trung bình luôn dương. Phụ thuộc vào
độ lớn của góc điều khiển, điện áp chỉnh lưu và dòng điện sẽ đạt các giá trò khác nhau-
Điện tử công suất 1

2-24
dòng điện có thể liên tục hoặc gián đoạn. Nguồn ac cung cấp công suất tiêu thụ trên R, E
và tích lũy năng lượng từ trường trong L. Khi
)(
πα
π
≤≤
2
, nếu dòng tải liên tục, điện áp
tải âm, U
d
và E cùng dấu có khuynh hướng làm giảm liên tục dòng điện về 0, chiều các
SCR không cho phép dòng điện chuyển sang âm dưới tác dụng của U
d
và E. Trong giai
đoạn quá độ này nguồn ac , sức điện động E và điện trở R đều nhận công suất. Tổng các
công suất vừa nêu được cung cấp bởi cuộn kháng L mà theo thời gian dòng điện qua nó
giảm xuống.
Ở chế độ dòng điện tải gián đoạn, trò trung bình áp trên tải là dương, nguồn ac
cung cấp công suất cho tải RLE.
Như vậy, bộ chỉnh lưu có thể làm việc trong chế độ nghòch lưu trong thời gian quá độ
ngắn, chế độ nghòch lưu không thể tồn tại ở chế độ xác lập.
Ở trường hợp b/-, có thể thấy rằng chế độ nghòch lưu có thể thiết lập với giá trò góc
kích thỏa mãn điều kiện:
0
22
<+== ).(cos. EIRUU
dd
α

π

Ở trường hợp c/-, điều kiện
01
2
<+=+= ).()cos.( EIRUU
dd
α
π
không thể thỏa
mãn với mọi giá trò của góc kích. Do E và U
d
cùng dấu, dòng điện qua tải sẽ tăng đến giá trò
rất lớn cho bởi hệ thức (U
d
+E)/R. Công suất nguồn ac và công suất phát ra bởi sức điện
động E sẽ tiêu hao một phần trên R, phần còn lại tích lũy trong cuộn kháng L. Bộ chỉnh
lưu như vậy làm việc trong chế độ chỉnh lưu.

2.6.2 CHẾ ĐỘ DÒNG LIÊN TỤC VÀ CHẾ ĐỘ DÒNG ĐIỆN GIÁN ĐỌAN

Do điện áp chỉnh lưu u
d
tạo thành có dạng xung nên giá trò điện áp này có thể tách
làm hai thành phần: thành phần một chiều với trò tức thời bằng trò trung bình áp chỉnh lưu U
d
và thành phần xoay chiều :
u
dσ
= u

d
- U
d

Thành phần xoay chiều của áp chỉnh lưu u
d
làm dòng điện tải i
d
bò nhấp nhô. Tương tự
như điện áp, dòng chỉnh lưu có thể tách làm 2 thành phần tương ứng:
i
d
= I
d
+ i
dσ

Thành phần xoay chiều của dòng làm dòng điện tải có thể bò gián đoạn
Khác với chế độ dòng tải liên tục, khi mà điện áp tải trung bình chỉ phụ thuộc vào
yếu tố nguồn và yếu tố điều khiển (góc kích), ở chế độ dòng qua tải bò gián đoạn , dạng
điện áp chỉnh lưu của tải phụ thuộc không những vào yếu tố nguồn và góc điều khiển mà
phụ thuộc cả vào các tham số của tải (RLE) . Ví dụ: xét điện áp tải chỉnh lưu bộ chỉnh lưu
cầu một pha đối với tải RLE khi i
d
= 0 (hình H2.23)
u
d
=0 nếu E = 0
u
d

= E nếu E
≠
0

Các hệ thức U
d
dẫn giải cho dòng tải liên tục không
áp dụng được cho trường hợp dòng gián đoạn. Tỉ lệ phân bố
thời gian dòng điện qua tải liên tục (i
d
>0) và thời gian dòng
gián đoạn ( i
d
= 0) trong một chu kỳ xung điện áp chỉnh lưu
phụ thuộc vào các giá trò tham số tải R,L,E và góc điều
khiển α. Việc tính toán điện áp chỉnh lưu trong trường hợp
này rất phức tạp. Khi dòng tải gián đoạn, quan hệ giữa điện
Điện tử công suất 1

2-25
áp chỉnh lưu và α không còn là duy nhất. Trong điều khiển, ví dụ động cơ điện một chiều,
khi dòng tải bằng 0, moment tác động triệt tiêu và việc điều khiển tải không có tác dụng.
Tác dụng dòng tải gián đoạn làm đặc tính điều khiển trở nên phi tuyến, hiện tượng quá độ
của hệ điều khiển khó hiệu chỉnh, do đó trong kỹ thuật người ta cố gắng hạn chế vùng làm
việc của bộ chỉnh lưu ở chế độ dòng gián đoạn.
Trên hình H2.24 vẽ quá trình điện áp và dòng điện tải khi chuyển từ chế độ dòng liên
tục (t<t
1
) sang chế độ dòng tải triệt tiêu (t
1

<t<t
2
), khi đó áp trên tải bằng E. Trong khoảng
thời gian t>t
2
, dòng điện tải trở nên gián đoạn trong từng chu kỳ điện áp chỉnh lưu (xem chi
tiết trên hình H2.24b). Điện áp tải chỉnh lưu thay đổi giữa các giá trò áp nguồn xoay chiều
và sức điện động E. Dòng điện tải trung bình có giá trò tương đối nhỏ.
Tuy nhiên chế độ dòng tải gián đoạn thường ít xảy ra nên trong trường hợp không có
yêu cầu chính xác cao, việc tính toán đònh mức hệ thống có thể vận dụng từ kết quả tính
cho dòng tải liên tục.

Việc mô tả mạch điện với quá trình dòng điện tải liên tục và gián đoạn có thể minh
họa trên ví dụ bộ chỉnh lưu tia một xung, xem hình vẽ H2.25.

Ví dụ 2.14:
Phân tích bộ chỉnh lưu tia một xung điều khiển trên hình H2.25 với hai trường hợp tải
RL và RLE.
Giải:
Trường hợp tải RL:
Tại vò trí góc kích
, xung kích đóng V làm mạch khép kín qua tải. Phương trình
mạch điện sẽ là:
α
u
d
=u;
dt
di
.Li.Ru

d
dd
+=

Nghiệm của phương trình có dạng: