thiết kế chế tạo mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
...............
Ngày ... Tháng ... Năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 1


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ................................................................1
MỤC LỤC ...........................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU .....................................................................................................4
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU ..........................................................................5
1.1. Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm 𝐑 𝐩 ........................................................5
1.2. Điều chỉnh từ thông động cơ .......................................................................6
1.3. Điều khiển điện áp phần ứng ......................................................................6
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA
CÓ ĐIỀU KHIỂN, TẢI ĐỘNG CƠ ......................................................................7
2.1. Khái niệm về chỉnh lưu công suất ...............................................................7
2.2. Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu ...............................7
2.3. Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản ...........................................8
2.4. Các mạch chỉnh lưu một pha ......................................................................9
2.4.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển .....................9
2.4.2. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển .............11
2.4.3. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hồn tồn...................12

2.4.4. Mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển ................................................14
2.5. Các thông số yêu cầu ................................................................................18
2.6. Lựa chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu ...............................................................18
2.7. Tính tốn các thơng số của mạch điện .....................................................18
2.7.1. Tính tốn, chọn van cơng suất ...............................................................18
2.7.2.Tính tốn,chọn phần tử bảo vệ ...............................................................20
2.7.3. Lựa chọn, tính tốn, chọn phần tử mạch điều khiển ..............................21
2.7.4.Tính tốn,chọn phần tử cách ly ...............................................................30
2.8. Sơ đồ khối .................................................................................................32
2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch điện .......................................................................34
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 2


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

2.9.1. Sơ đồ nguyên lý .....................................................................................34
2.9.2. Nguyên lý làm việc toàn mạch ...............................................................34
2.10. Sơ đồ mạch in .........................................................................................35
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN,KIẾN NGHỊ ..............................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................37

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, điện tử cơng suất đã và đang đóng một vai trị rất quan
trọng trong q trình cơng nghiệp hố đất nước. Sự ứng dụng của điện tử
cơng suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn
của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hố cho các q trình
sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử cơng suất đem
lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các
hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ ...
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung mơn học Điện tử cơng
suất chúng em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch chỉnh lưu
cầu một pha bán điều khiển”.
Với sự hướng dẫn của cô: Nguyễn Thị Thùy Dương, chúng em đã
tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có
hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cơ đóng góp ý kiến để
đề tài hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện:
1.Hàn Ngọc Hào
2.Nguyễn Hữu Đức

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 4

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ CẤC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU.
1.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều.
Về điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với
các loại động cơ khác, khơng những nó có khả năng thay đổi tốc độ một
cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng
thời lại đạt được chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ
rộng. Từ phương trình tốc độ:
ω=

Uư
k.Φ

−

Iư Rư
k.Φ

(1)

Suy ra để điều chỉnh ω có thể:
-Điều chỉnh Uư .
-Điều chỉnh R ư bằng cách thêm R p vào mạch phần ứng.
-Điều chỉnh từ thông Φ .
1.1Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm 𝑹𝒑.
Mắc nối tiếp R p vào phần ứng, từ (1) suy ra R ư tăng lên, suy ra ω

giảm. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên
tục, nhưng do thêm R p nên tổn hao tăng, không kinh tế.
Từ phương trình đặc tính cơ tổng qt:
ω=

U
k.Φ

R+𝑹𝒑

− (k.Φ)^2 M

Ta thấy rằng khi thay đổi 𝑅𝑝 thì w0 = const cịn Δw thay đổi, vì vậy ta
sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng w0 và dốc dần khi 𝑅𝑝 càng
lớn, với tải như thì tốc độ càng thấp.
Như vậy: 0<𝑅𝑝1 <𝑅𝑝2 <… thì 𝑤đ𝑚 >𝑤1 >𝑤2 >…, nhưng nếu tăng 𝑅𝑝
đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M<𝑀𝑐 và như thế động cơ sẽ không
quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch,w=0. Từ lúc này, ta có
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 5


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

thay đổi 𝑅𝑝 thì tốc độ vẫn bằng khơng, nghĩa là khơng điều chỉnh tốc độ
động cơ được nữa, do đó phương pháp điều chỉnh này là phương pháp
điều chỉnh không triệt để.

1.2. Điều chỉnh từ thông động cơ.
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều
chỉnh moment điện từ của động cơ M = KΦIư và sức điện động quay của
động cơ Eư = KΦω . Khi từ thơng giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng
lên trong phạm vy giới hạn. Nhưng theo công thức trên khi từ thơng Φ
thay đổi thì moment, dịng điện cũng thay đổi nên khó tính tốn chính xác
dịng điều khiển và moment tải vậy nên phương pháp này cũng ít dùng.
1.3. Điều khiển điện áp phần ứng.
Thực tế có hai phương pháp cơ bản điều khiển tốc độ động cơ điện một
chiều bằng điện áp
-

Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ.
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ.

Thơng thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng. Khi
thay đổi phần ứng thì tốc độ động cơ thay đổi theo phương trình sau:
ω=

Uư
Iư R ư
−
k. Φ k. Φ

Vì từ thơng của động cơ khơng đổi nên độ dốc của đặc tính cơ khơng
đổi, cịn tốc độ khơng tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
Uư của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để.

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 6


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA
CĨ ĐIỀU KHIỂN, TẢI ĐỘNG CƠ.
2.1. Khái niệm về chỉnh lưu công suất
a.Khái niệm
Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành
nguồn điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
b.Phân loại
• Theo số pha: một pha, ba pha, m pha ...
• Theo loại van: diode hoặc thyristor
• Mạch chỉ dùng tồn diode là chỉnh lưu khơng điều khiển.
• Mạch chỉ dùng tồn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển.
• Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển
• Phân loại theo sơ đồ mắc: Anode chung hoặc Cathode chung
2.2. Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu
• Nhóm nối chung Cathode:
Hình 1.8 trình bày nhóm nối Cathode chung.

Hình 2.1. Nhóm nối chung Cathode
Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện
thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 7

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

• Nhóm nối chung Anode:

Hình 2.2. Nhóm nối chung Anode
Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế
điểm K bằng điện thế anode âm nhất.
2.3. Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản
Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình
dáng cũng như tính năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi
thường có các bộ phận sau:
-Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược
lại.
-Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện
xoay chiều thành nguồn một chiều.
-Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch
chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.
-Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện
áp.
-Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có
điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.
-Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một
chiều, kích từ máy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện,
các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện
trở tạo nhiệt...vv.
- Hình 1.10 trình bày cấu trúc của một bộ chỉnh lưu.

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 8


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của bộ
2.4. Các mạch chỉnh lưu một pha
2.4.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Trường hợp tải thuần trở

Hình 2.7. Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải
thuần trở R
b. Nguyên lý làm việc
- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng, điện áp phía
𝜋
thứ cấp u2 =√2U2 sin𝜔t và góc điều khiển 𝛼 = .
6

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 9


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

- Trong khoảng 𝜔t = 0 đến 𝛼, có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn
chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển mở. Khi đó ta có:
uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm 𝜔t = 𝛼, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có
đủ hai điều kiện kích mở nên dẫn điện. Ta có:
ud = u2; uT = 0; iT = id .
- Đến thời điểm 𝜔 t = 𝜋, u2 = 0 và có xu hướng âm. Lúc này van T bị
phân cực ngược nên khoá . Như vậy trong khoảng 𝜔 t = 𝜋 đến 2𝜋, ta có:
uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm 𝜔 t= 2 𝜋, u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T
được đặt điện áp thuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn , do chưa có xung
điều khiển kích mở. Như vậy trong khoảng 𝜔 t= 2 𝜋 đến 2 𝜋 +𝛼, ta có:
uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm 𝜔 t = 2 𝜋 + 𝛼 , phát xung điều khiển mở van T, lúc
này T dẫn điện. Ta có:
ud = u2; uT = 0; iT = id
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.
c. Một số biểu thức tính tốn
- Điện áp trung bình trên tải :
𝑈𝑑𝛼 =

𝜋

1

∫ √2𝑈2 sin 𝜔 𝑡𝑑𝑡 =
2𝜋 𝛼

√2.𝑈2
2𝜋

(1 + cos 𝛼)

- Dịng điện trung bình qua tải và Thyristor :
𝐼𝑑𝛼 = ITAV =

1

𝜋 √2𝑈2 sin 𝜔𝑡𝑑𝑡

∫
2𝜋 𝛼

𝑅

=

√2.𝑈2
2𝜋.𝑅

(1 + cos 𝛼) =

𝑈𝑑𝛼
𝑅

- Dòng điện hiệu dụng qua Thyristor :
1 𝜋 √2𝑈 sin 𝜔𝑡 2
√2.𝑈2 2𝜋−2𝛼+sin 2𝛼

ITRMS = √ ∫𝛼 ( 2
) d𝜔𝑡 =
.√
2𝜋
𝑅
2.𝑅
2𝜋

- Điện áp thuận lớn nhất trên van T:
UTh max =√2. 𝑈2
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 10


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

- Điện áp ngược lớn nhất trên van T:
UTngmax=√2.U2
2.4.2. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều
khiển
a. Sơ đồ ngun lý và dạng sóng
* Tải thuần trở

Hình 2.8. Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóng
b. Nguyên lý làm việc
- Giả sử L = ∞ , điện áp phía sau thứ cấp u21 = - u22 = √2U2 sin 𝜔t, xét
mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng.

- Trong khoảng 0 ≤ 𝜃 < 𝛼 , khi đó khơng van nào dẫn nên:
id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng 𝛼 ≤ 𝜃 < 𝜋, khi đó van T1 dẫn cịn T2 khóa nên:
id = iT1 =

√2𝑈21 sin 𝜃
𝑅

; iT2 = 0; ud = u21; uT1 = 0; uT2 = u22 – u21

- Trong khoảng 𝜋 < 𝜃 < 𝜋 + 𝛼, khi đó khơng van nào dẫn nên:
id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng 𝜋 + 𝛼 ≤ 𝜃 < 2𝜋 , khi đó van T2 dẫn cịn T1 khóa nên:
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 11


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

id = iT2 =

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

− √2𝑈21 sin 𝜃
𝑅

; iT1 = 0; ud = u22; uT2 = 0; uT1 = u21 – u22

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c. Các biểu thức trong mạch
- Điện áp trung bình trên tải :
𝜋

1

𝑈𝑑𝛼 = ∫𝛼 √2𝑈2 sin 𝜔 𝑡𝑑𝑡 =
𝜋

√2.𝑈2
(1
𝜋

+ cos 𝛼)

- Dịng điện trung bình qua tải:
1

𝜋 √2𝑈2 sin 𝜔𝑡𝑑𝑡

𝐼𝑑𝛼 = ∫𝛼
𝜋

𝑅

=

√2.𝑈2
𝜋.𝑅

(1 + cos 𝛼) =

𝑈𝑑𝛼
𝑅

-Dịng điện trung bình qua Thyristor:
ITAV =

1

𝜋 √2𝑈2 sin 𝜔𝑡𝑑𝑡

∫
2𝜋 𝛼

𝑅

=

𝐼 𝑑𝛼
𝑅

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất trên van T:
UTngmax =UTh max=2√2. 𝑈2
2.4.3. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hồn tồn
a. Sơ đồ ngun lý
* Tải R + L

Hình 2.9. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hồn tồn

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 12


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

b. Nguyên lý làm việc

Hình 2.10. Dạng sóng dịng điện và điện áp

- Giả sử Ld = ∞, điện áp phía thứ cấp u2 =√2U2 sin 𝜔t, góc điều khiển
𝛼 .Xét mạch đang làm việc ở chế độ xáclập. Khi van dẫn sụt áp trên
nó bằng khơng.
- Trong khoảng 0 < 𝜃 < 𝛼 khi đó van T3; T4 dẫn cịn T1 và T2 khóa
nên:
id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2; uT3 = uT4 = 0.
- Trong khoảng 𝛼 ≤ 𝜃 < 𝜋 + 𝛼 khi đó van T1; T2 dẫn cịn T3 và T4 khóa
nên:
id = iT1 = iT2; iT3= iT4= 0; ud = u2; uT4 = uT3 = -u2; uT2 = uT1 = 0.
- Trong khoảng 𝜋 + 𝛼 ≤ 𝜃 < 2𝜋 + 𝛼 khi đó van T3; T4 dẫn cịn T1 và
T2 khóa nên:
id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2 ; uT3 = uT4 = 0.
Các chu kỳ tiếp theo lặp lại tương tự.
c. Các biểu thức trong mạch
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 13

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

- Điện áp trung bình trên tải:
1

𝜋+𝛼

∫
2𝜋 𝛼

Utải = 2.

√2𝑈2 sin 𝜔𝑡𝑑𝑡 = 0,9U2 cos 𝛼

- Dịng điện trung bình qua Thyristor :
𝜋+𝛼

ITAV =∫𝛼

𝐼𝑑 𝑑𝜔𝑡 =

𝐼𝑑
2

- Điện áp thuận, điện áp ngược cực đại trên Thyristor :
UTngmax=√2𝑈2

2.4.4. Mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển
• Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung.
a. Sơ đồ nguyên lý
* Tải R + L ; L = ∞; xét chế độ làm việc xác lập và lý tưởng.

Hình 2.11. Mạch cầu một pha bán điều khiển dùng hai SCR mắc K chung.
b. Nguyên lý làm việc

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 14


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

Hình 2.12. Dạng sóng điện áp và dịng điện
- Trên sơ đồ nguyên lý ta thấy nhóm mắc catot chung là các thyritstor
được mở vào thời điểm 𝜔t = 𝛼 khi được kích xung điều khiển. Nhóm anot
chung là các van diode chúng mở theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào
điện áp nguồn: D1 mở khi u2 bắt đầu âm; D2 mở khi u2 bắt đầu dương . Do
vậy quá trình làm việc của các van rong một chu kỳ điện lưới là:
+ Trong khoảng:𝛼 -> 𝜋 thì van T1 và D2 dẫn.
+ Trong khoảng: 𝜋 -> 𝜋 + 𝛼 thì van T1 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: 𝜋 + 𝛼 -> 2 𝜋 thì van T2 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: 2 𝜋 -> 2 𝜋 + 𝛼 thì van T2 và D2 dẫn.
Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự.
- Qua đây ta thấy khi mạch làm việc có hai đoạn có hiện tượng dẫn
thẳng hàng của hai van: T1 và D1; van T2 và D2. Do đó khoảng thời gian này

điện áp trên tải bị ngắn mạch ud = 0 (v). Các đoạn khác ud bám theo điện
áp nguồn. Như vậy dòng điện qua tải id vẫn liên tục còn dòng điện qua máy
biến áp nguồn thì gián đoạn. Điều này có lợi về mặt năng lượng vì năng
lượng khơng cần lấy từ nguồn mà vẫn duy trì được trong tải.
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 15


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

c. Các biểu thức tính tốn:
- Điện áp trung bình trên tải :
1

𝜋

Ud = ∫𝛼 √2𝑈2 sin 𝜔 𝑡𝑑𝜔𝑡 =
𝜋

√2.𝑈2
𝜋

(1 + cos 𝛼)

- Dịng trung bình qua một van bán dẫn :
IT = ID =

𝐼𝑑
2

- Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor :
ITRMS = IDRMS =√

1

𝜋

∫ 𝐼 2 𝑑𝜃=Id√
2𝜋 𝛼 𝑑

𝜋−𝛼
2𝜋

- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
1

𝜋

I2=√ ∫𝛼 𝐼𝑑 2 𝑑𝜃 =Id√
𝜋

𝜋−𝛼
𝜋

- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor :
UTngmax=UTh max= √2.U2
• Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng

a. Sơ đồ nguyên lý
* Tải R +L

Hình 2.13. Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng
b. Nguyên lý làm việc

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 16


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

Trong sơ đồ các diode được mở tự
nhiên ở các nửa chu kỳ: D1 mở khi u2 âm,
D2 mở khi u2 dương. Các thyritstor được
mở theo góc kích xung 𝛼 . Cịn các van
được khóa theo nhóm khi D1 dẫn thì T1
khóa khi T1 dẫn thì D1 khóa, khi D2 dẫn thì
T2 khóa và ngược lại .Như vậy trong một
chu kỳ điện áp lưới các van được dẫn trong
các khoảng sau:
+ 𝛼 < 𝜔𝑡 < 𝜋 ∶ van T1 và D2 dẫn.
+ 𝜋 < 𝜔𝑡 < 𝜋 + 𝛼: van D1 và D2 dẫn.
+𝜋 + 𝛼 < 𝜔𝑡 < 2𝜋 ∶ van D1 và T2 dẫn.
+ 2𝜋 < 𝜔𝑡 < 2𝜋 + 𝛼: van T1 và T2
dẫn.
Các chu kỳ sau quá trình lặp lại tương tự.

Hình 2.14.Dạng sóng điện áp và dịng

c. Các biểu thức tính tốn
- Điện áp trung bình trên tải :
1

𝜋

Ud = ∫𝛼 √2𝑈2 sin 𝜔 𝑡𝑑𝑡 =
𝜋

√2.𝑈2
𝜋

(1 + cos 𝛼)

- Dịng trung bình qua một van thyritstor dẫn :
ITAV =

𝜋

1

∫ 𝐼 𝑑𝜔 =
2𝜋 𝛼 𝑑

𝜋−𝛼
2𝜋

.Id

- Dịng trung bình qua một van diode dẫn :
IDAV =

1

𝜋+𝛼

∫
2𝜋 𝛼

𝐼𝑑 𝑑𝜔 =

𝜋+𝛼
2𝜋

.Id

- Dịng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor:
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 17


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

ITRMS = √

IDRMS = √

1 𝜋 2
∫ 𝐼 𝑑𝜃
2𝜋 𝛼 𝑑

1

𝜋+𝛼

∫
2𝜋 𝛼

= Id.√

𝜋−𝛼
2𝜋

𝐼𝑑 2 𝑑𝜃 = Id.√

𝜋+𝛼
2𝜋

- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
1

𝜋

I2=√ ∫𝛼 𝐼𝑑 2 𝑑𝜃 =Id√
𝜋

𝜋−𝛼
𝜋

- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor và
diode :
Uth max =UTngmax =UDngmax = √2.U2
2.5. Các thông số yêu cầu
Thiết kế chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha có điện áp trung bình đầu ra
một chiều Ud = 0 – 220 V; dòng điện trung bình đầu ra Id = 1.1 A
2.6. Lựa chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu
Như ta đã biết để điều chỉnh điện áp của tải thì ta phải lựa chọn mạch
lực để điều khiển. Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, điện áp tải ta đưa ra
phương án chọn mạch lực điều khiển tải hợp lý, phù hợp với yêu cầu đề tài
đưa ra. Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển hai thyristor
mắc K chung cho đề tài bởi các lý do :
-Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản
-Giá thành rẻ
-Điện áp ra sau khi chỉnh lưu ổn định
Có thể sử dụng sơ đồ cấu trúc như hình 1.10 bỏ đi khối mạch đo lường
2.7. Tính tốn các thơng số của mạch điện
2.7.1. Tính tốn, chọn van cơng suất
Hai thơng số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu
là điện áp và dịng điện, các thơng số cịn lại là những thông số tham khảo
khi lựa chọn.
Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số cịn lại
có thể tham khảo theo gợi ý sau:
- Loại van nào có sụt áp dư nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn.
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 18


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

- Dịng điện rị của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn.
- Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt
tốt hơn.
- Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công
suất điều khiển thấp hơn.
- Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé hơn se nhạy hơn. Tuy
nhiên, trong đa số các van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ
nghịch với tổn hao công suất.
Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: Dòng
tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc. Các thông số cơ
bản của van động lực được tính như sau:

a.Điện áp ngược của van:
Điện áp làm việc :
Ulv = √2 × U2 = √2 × 220 = 311.12 V
Để có thể chọn van theo điện áp hợp lí, thì điện áp ngược của van
cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc được tính từ cơng thức trên, qua
một hệ số dự trữ điện áp ku:
Uđm = ku × Ulv. = 1.8 × 933.4 =1680.6 A
ku thường được chọn trong khoảng 1.6-2.0. Ở đây chọn ku là 1.8.
b.Tính dịng điện của van:
-

Dòng điện làm việc của van dược chọn theo dòng điện hiệu dụng
chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = IRMS).

-

Dịng điện hiệu dụng được tính:
IRMS = 0.785 × Id = 0.785× 1.1 = 0.8635A

Trong đó:

IRMS - Dịng điện hiệu dung của van

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 19


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

Để van bán dẫn có thể làm việc an tồn, khơng bị chọc thủng về
nhiệt, cần phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lí. Theo điều kiện
toả nhiệt đã được chọn, tiến hành tính thơng số dịng điện định mức của
van cần có.
Dịng điện định mức của van (Iđmv) có thể chọn theo gợi ý sau: khi
khơng có cánh toả nhiệt và tổn hao trên van áp < 20W, được chọn dòng
điện làm việc tới 10% Iđmv (Iđmv >l0), khi có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề
mặt cho phép van làm việc tới 40% Iđmv (Iđmv > 2,5Ilv), khi có cánh toả nhiệt
đủ diện tích bề mật và có quạt thơng gió có thể cho phép van làm việc tới

70%Iđmv (Iđmv>1,4Ilv), khi có điều kiện làm mát bằng nước có thể cho phép
làm việc gần tới 100% Iđmv.
Vì q trình thơng gió tự nhiên khơng được tốt lắm, do đó khi tổn hao trên
van ∆Pv = ∆Uv.Ilv cỡ khoảng 100 W/van trở lên, việc đối lưu không khí tự
nhiên xung quanh cánh toả nhiệt xảy ra chậm, nhiệt độ toả ra mơi trường
khơng kịp.
Vì vậy ta chọn làm mát khi có cánh tỏa nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho
phép van làm việc 40%Iđmv (Iđmn >2.5Ilv).
-Dịng điện định mức của van cần chọn :
Ilv= Id /2=2.5(A)
Iđm=Ilv x 4=2.5× 4 = 10 (A)
Từ những thơng số trên chọn thysirtor TYN1225
Datasheet TYN1225 (xem phần phụ lục)
- Về phần diode chọn diode HER508
Datasheet HER508 (xem phần phụ lục)

2.7.2.Tính tốn,chọn phần tử bảo vệ
Các nguyên nhân gây quá dòng điện cho van:
- Q dịng dài hạn.
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 20


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

- Ngắn mạch đầu ra
- Ngắn mạch bản thân van.

Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các
thyristor.
-

Dịng điện định mức của dây chảy nhóm 1CC là:
I1CC= 1.1I2 = 1.1×1.1 = 1.21 (A)

=> Vậy chọn cầu chì nhóm 1CC loại 1.25 (A)
Với điện áp sau lọc có độ nhấp nhơ <10% ta chọn tụ:
Uc = √2 U2 =√2 x15 ≈22V
=> chọn tụ có điện áp = 25v
Với tụ điện dung càng cao thì tụ lọc càng phẳng nên ta chọn tụ có giá trị Uc
= 600v và điện dung C = 1000𝜇𝐹 vì trên thị trường có sẵn loại này

2.7.3. Lựa chọn, tính tốn, chọn phần tử mạch điều khiển
a.Một số phương án lựa chọn mạch điều khiển
 Phương án 1: Sử dụng IC thuật toán rời rạc thông qua các khâu:
-

Khâu đồng pha

-

Khâu tạo điện răng cưa

-

Khâu so sánh

-

Khâu tạo xung chùm

-

Khâu trộn xung

-

Khâu khuếch đại và biến áp xung

Các khâu được thể hiện qua hình 3.1

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 21


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

Hình 3.1. Các khâu của mạch điều khiển khi dùng IC thuật toán rời rạc
+ Ưu điểm:
-

Giá thành rẻ

+ Nhược điểm:
-

Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu

-

Chất lượng điều khiển không cao

 Phương án 2: Dùng IC tích hợp TCA 785

Hình 3.2. Các khâu khi dùng IC tích hợp TCA785
Đối với việc điều khiển điện áp một chiều ta có thể sử dụng vi mạch
tích hợp TCA 785 để đơn giản mạch điều khiển.
+ Ưu điểm:
- Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển
- Tạo ra điện áp đối xứng
- Chất lượng điện áp ra như mong muốn
+ Nhược điểm :
- Giá thành đắt
 Kết luận: Từ việc so sánh ưu nhược điểm của 2 phương án trên ta
chọn phương pháp 2 (Sử dụng mạch tích hợp TCA 785)

b.Tính tốn, thiết kế mạch điều khiển
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở
Thyristor TYN1225:
Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 22


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

• Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 1,5(V)
• Dịng điện điều khiển: Iđk= 40 (mA)
TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các
thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
+ IC TCA 785 (có tích hợp các khâu đồng pha, so sánh, tạo xung,
sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho
Thyristor TYN1225 ( T1 và T2).
+ Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của
một mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa,
so sánh và tạo xung . TCA 785 do hang Simen chế tạo được sử
dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng
xoay chiều.
Đặc trưng:
-

Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm khơng

-

phạn vi ứng dụng rộng rãi

-

Có thể dung làm chuyển mạch điẻm khơng

-

Tương thích LSL

-

Có thể hoạt động 3 pha (3 IC)

-

Dòng điện ra 250 mA

-

Miền dốc dòng lớn

-

Dải nhiệt độ rộng

Nhiệm vụ:
Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng
điện áp tải đến điện áp phóng điện.
c.Hình ảnh kí hiệu

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 23


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

Kí hiệu các chân của TCA 785 được thể hiện trong hình 3.3

Hình 3.3. Hình ảnh,sơ đồ chân TCA 785

e.Chức năng
Chân

Kí hiệu

Chức năng

1

GND

Chân nối đất

2

Q2

Đầu ra 2 đảo

3

QU

Dầu ra U

4

Q1

Đầu ra 1 đảo

5

VSYNC

Tín hiệu đồng bộ

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 24


KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3

6

I

Tín hiệu cấm

7

QZ

Đầu ra z

8

VREF

Điện áp chuẩn

9

R9

Điện áp tạo xung răng cưa

10

C10

Tụ tạo xung răng cưa

11

V11

Điện áp điều khiển

12

C12

Tụ tạo độ rộng xung

13

L

14

Q1

Đầu ra 1

15

Q2

Đầu ra 2

16

VS

Điện áp nguồn ni

Tín hiệu điều khiển xung ngắn,
xung rộng

g.Dạng tín hiệu

Dạng tín hiệu của TCA 785 được thể hiện trong hình 3.4

Nhóm sinh viên thực hiện: Hàn Ngọc Hào,Nguyễn Hữu Đức

Page 25