Bài giảng Bộ chỉnh lưu (Bản đẹp)

Nội dung text: Bài giảng Bộ chỉnh lưu (Bản đẹp)

1. Chương 2 BỘ CHỈNH LƯU Phần 1: Chỉnh lưu diode 1
2. Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu khơng điều khiển id + uS ud Tải 1 P, 3P - Chỉnh lưu 1 pha, 3 pha Chỉnh lưu bán sĩng, tồn sĩng 2
3. Cơ bản về chỉnh lưu diode Chỉnh lưu 1 pha bán sĩng - Tải R udiode id u S ud us , ud id udiode us , udiode Mạch cĩ độ dợn sĩng lớn trên điện áp ra ud và dịng ra id nên ít cĩ ứng dụng thực tế. 3
4. Cơ bản về chỉnh lưu diode Chỉnh lưu 1 pha bán sĩng - Tải R Điện áp nguồn: usm= Usin t Điện áp trung bình ngõ ra chỉnh lưu: 11T U U= u dt = Usin XdX = m d d m T 002 ( Xt= ) Dịng trung bình ngõ ra chỉnh lưu: U I = d d R Dịng trung bình qua diode: IITAV= d Điện áp ngược lớn nhất trên diode: UUDRM= m 4
5. Cơ bản về chỉnh lưu diode Chỉnh lưu 1 pha bán sĩng - Tải RL udiode uL id uS ud uR Dịng id vẫn tiếp tục qua diode khi điện áp nguồn <0 uS uR id ud ud uS uL udiode Diode dẫn Diode tắt 5
6. Cơ bản về chỉnh lưu diode Chỉnh lưu 1 pha bán sĩng - Tải RL Phương trình mạch khi diode dẫn: di u= u + u = Ri + L d s R L d dt Lưu ý là: ▪ trong khoảng 0 – t1, us > uR = Rid nên dịng id tăng → L nạp năng lượng, ▪ trong khoảng t1 – t3, us < uR = Rid nên dịng id giảm → L xả năng lượng. Ta cĩ: uuuLSR=− Điện áp trung bình trên L trong một chu kỳ bằng zero nên: tt12 u dt+= u dt 0 LL 00 Điều này biểu thị trên hình là: Area A – Area B = 0 6
7. Cơ bản về chỉnh lưu diode Chỉnh lưu 1 pha bán sĩng - Tải E Um u S E udiode i uL id d uS ud E uL udiode Một ví dụ về tải loại này là ngõ ra của mạch chỉnh lưu cĩ tụ lọc đủ lớn để điện áp E trên tụ cĩ thể xem là khơng đổi, hoặc E là sức điện động của bộ ăcquy. Ngồi ra, L là điện kháng tải. 7
8. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud uS ud Giả thiết cảm kháng của nguồn là khơng đáng kể. Xét 2 trường hợp: (a) Tải thuần trở 8 (b) Tải cĩ cảm kháng đủ lớn để dịng tải id cĩ thể xem là khơng đổi
9. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha is uS id ud id Bộ chỉnh lưu cĩ thể chia thành 2 nhĩm diode: ▪ Nhĩm phía trên cĩ cathode đấu chung, ▪ Nhĩm phía dưới cĩ anode đấu chung. Tại mỗi thời điểm, trong mỗi nhĩm chỉ cĩ một diode dẫn. 9
10. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud Dạng sĩng dịng, áp trong mạch với tải thuần trở 10
11. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud Dạng sĩng dịng, áp ngõ vào và ngõ ra với tải cĩ cảm kháng đủ lớn 11
12. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha Trong cả hai trường hợp: (a) tải R, và (b) tải RL với cảm kháng L đủ lớn, dạng điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha diode là như nhau. Điện áp trung bình ngõ ra chỉnh lưu: 1T 1 2U 2 2 U= u dt = Usin t d t =m = U d d m( ) S T 00 Trong đĩ: US là trị hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Trong trường hợp tải cĩ cảm kháng rất lớn, dịng tải liên tục và phẳng = Id., khi đĩ: Trị hiệu dụng dịng nguồn: IIsd= Trị hiệu dụng sĩng hài bậc n của dịng nguồn: 22 II= (n = 1, 3, 5 ) snn  d 12
13. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS Isn / Is1 is is1 (a): Dạng sĩng áp nguồn us, dịng (b): Phổ sĩng hài của dịng nguồn is nguồn is và hài bậc 1 của dịng nguồn is1 13
14. Chỉnh lưu 3 pha tia diode Nguồn ba pha lý tưởng , đối xứng (trở kháng nguồn=0) u1 = Um.sinX 2 u2 = Um.sin X − 3 4 u3 = Um.sin X − 3 14
15. Chỉnh lưu 3 pha tia diode Dạng sĩng dịng áp ngõ vào , ngõ ra (Giả thiết tải cĩ cảm kháng đủ lớn để dịng tải cĩ thể xem là khơng đổi) 15
16. Chỉnh lưu 3 pha tia diode ▪ Mỗi thời điểm chỉ cĩ 1 diode dẫn ▪ Điện áp chỉnh lưu có 3 xung, chu kỳ áp chỉnh lưu Tp = T/ 3 với T là chu kỳ áp nguồn xoay chiều ▪ Trị trung bình điện áp trên tải Ud : 2 1 + 3 3 3 6 U = 6 3 U sin XdX = .U = .U d 2 m 2 m 2 6 3 (U: trị hiệu dụng áp 1 pha của nguồn) ▪ Trị trung bình dòng điện tải Id : Ud − E Ud = R.Id + E Id = R ▪ Mỗi diode dẫn điện trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ. Do đó trị trung bình dòng qua diode: 2 1 + I I = 6 3 i .dX = d TAV 2 T 3 6 3 ▪ Điện áp ngược lớn nhất đặt trên diode bằng biên độ áp dây: UDRM= 3 .Um = 6U 16
17. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode ud Giả thiết tải cĩ cảm kháng đủ lớn để dịng tải cĩ thể xem là khơng đổi 17
18. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode uPn ud uNn 18
19. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode uPn D5 D1 D3 D5 uan ubn ucn D6 D2 D4 D6 D5 D uNn 1 ud D6 D6 2U LL Ud ia ib ic 19
20. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode us Dạng sĩng dịng, áp ngõ vào trong trường hợp tải cĩ cảm kháng rất lớn 20
21. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode Is1/Isn n Phổ tần sĩng hài dịng ngõ vào (dịng pha) của chỉnh lưu cầu 3 pha diode trong trường hợp tải cĩ cảm kháng rất lớn 21
22. Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, bán sĩng Bài tập Bài 1: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sĩng, tải thuần trở . Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu cĩ dạng sin: usm= Usin t . Hãy xác định: 1. Trị hiệu dụng điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu 2. Cộng suất tiêu thụ bởi tải. 3. Hệ số cơng suất ngõ vào bộ chỉnh lưu, giả thiết tổn hao trên diode là khơng đáng kể. Bài 2: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sĩng, tải thuần trở R = 10. Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu cĩ dạng sin, trị hiệu dụng 220V. Hãy tính chọn diode chỉnh lưu cần thiết cho mạch. Bài 3: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sĩng, tải thuần trở R. Hãy phân tích Fourier điện áp ngõ ra chỉnh lưu ud và biểu diễn điện áp này qua chuỗi Fourier. 22
23. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha Bài tập Bài 4: Xét bộ chỉnh lưu diode cầu 1 pha, tải R+L+E . Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu cĩ dạng sin: usm= Usin t . Giả thiết tải cĩ điện cảm đủ lớn để dịng tải id cĩ thể xem là liên tục và phẳng. Hãy xác định: 1. Trị trung bình điện áp tải Ud và trị trung bình dịng tải Id. 2. Trị hiệu dụng điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu. 3. Cộng suất tiêu thụ bởi tải. 4. Hệ số cơng suất ngõ vào bộ chỉnh lưu, giả thiết tổn hao trên diode là khơng đáng kể. Bài 5: Xét bộ chỉnh lưu diode cầu 1 pha, tải R+L+E . Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu cĩ dạng sin, trị hiệu dụng 220V. Giả thiết tải cĩ điện cảm đủ lớn để dịng tải id cĩ thể xem là liên tục và phẳng. Biết R = 1 và E = 150V. Hãy tính chọn diode chỉnh lưu cần thiết cho mạch. Bài 6: Xét bộ chỉnh lưu diode cầu 1 pha. Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu cĩ dạng sin: . Giả thiết tải cĩ điện cảm đủ lớn để dịng tải id là liên tục. Hãy phân tích Fourier điện áp ngõ ra chỉnh lưu ud và biểu diễn điện áp này qua chuỗi Fourier. 23
24. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode Bài tập Bài 7: Xét bộ chỉnh lưu diode cầu 3 pha, tải R+L+E . Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu cĩ dạng sin, trị hiệu dụng 1 pha áp nguồn là U. Giả thiết tải cĩ điện cảm đủ lớn để dịng tải id cĩ thể xem là liên tục và phẳng. Hãy xác định: 1. Trị trung bình điện áp tải Ud và trị trung bình dịng tải Id. 2. Trị hiệu dụng điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu. 3. Cộng suất tiêu thụ bởi tải. 4. Hệ số cơng suất ngõ vào bộ chỉnh lưu, giả thiết tổn hao trên diode là khơng đáng kể. 5. Giả thiết dịng tải ngõ ra cực đại là Idm. Hãy tính chọn diode cần thiết cho mạch chỉnh lưu. 24