›
›

Giáo trình Điện tử Công suất - Chương 3: Bộ chỉnh lưu - Lê Minh Phương

pdf 42 trang huongle 6510
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử Công suất - Chương 3: Bộ chỉnh lưu - Lê Minh Phương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_dien_tu_cong_suat_chuong_3_bo_chinh_luu_le_minh_p.pdf

Nội dung text: Giáo trình Điện tử Công suất - Chương 3: Bộ chỉnh lưu - Lê Minh Phương

  1. 1/21/2013 Ho Chi Minh City University of Technology PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường Đại Học Bách Khoa TP HỒ CHÍ MINH Contact info: Address: 268 Lý Thường Kiệt, P.14,Q.10, TP Hồ Chí Minh Telephone: 84-08-38647256 (5722) Mobile: 0988572177 E-mail: lmphuong@hcmut.edu.vn; ivanphuong@yahoo.com 1 Power Electronics ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 2 1
  2. 1/21/2013 Contents – Nội dung 1. Tổng quan về Điện tử công suất 2. Các linh kiện bán dẫn cơ bản 3. Mô phỏng Matlab-Simulink 4. Bộ chỉnh lưu 5. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 6. Bộ biến đổi điện áp một chiều 7. Bộ nghịch lưu –biến tần 3 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong References 1. MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG MATLAB/SIMULINK - Lê Minh Phương, Phan Quốc Dũng – Nhà xuất bản ĐHQG 2011 2. POWER ELECTRONICS HANDBOOK – Muhammad H. Rashid 3. MATLAB/SIMULINK - Mathworks. 4. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 – Nguyễn Văn Nhờ Nhà xuất bản ĐHQG 4 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 2
  3. 1/21/2013 Power Electronics Chương 3 BỘ CHỈNH LƯU PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 5 Contents – Nội dung 1. Tổng quan về bộ chỉnh lưu 2. Bộ chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển 3. Bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển 4. Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn 5. Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần 6. Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn 7. Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần 8. Hiện tượng chuyển mạch 6 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 3
  4. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Diode rectifier – Input: AC voltage, fixed magnitude and fixed frequency, such as 50Hz, 60Hz, 400Hz, etc – Output: fixed dc voltage SCR rectifier – Input: AC voltage, fixed magnitude and fixed frequency, such as 50Hz, 60Hz, 400Hz, etc – Output: adjustable dc voltage Main feature: – AC to DC conversion – Solid state device, no rotating machine. 7 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Chức năng Chức năng: biến đổi điện áp, dòng điện xoay chiều thành điện áp dòng điện một chiều U1,I1,f1 U2,I2,f2 ~ AC input = DC output f1=50-60Hz f2=0Hz 8 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 4
  5. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Ứng dụng Truyền động điện (Động cơ DC) Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện Nguồn cho mạch kích từ động cơ DC, đồng bộ Dùng cho thiết bị hàn điện một chiều, mạ kim loại, nạp ác quy Dùng biến đổi thành dạng một chiều và truyền tải Dùng cho phương tiện giao thông công cộng 9 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân loại 1. Theo khả năng điều khiển Không điều khiển Điều khiển bán phần Điều khiển hoàn toàn 10 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 5
  6. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân loại 2. Theo dạng mạch: Dạng mạch tia Dạng mạch cầu Dạng ghép nối tiếp, song song Dạng chỉnh lưu kép 11 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân loại 3. Theo số pha:  Một pha  Ba pha  Nhiều pha 12 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 6
  7. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Diode rectifier – Input: AC voltage, fixed magnitude and fixed frequency, such as 50Hz, 60Hz, 400Hz, etc – Output: fixed dc voltage SCR rectifier – Input: AC voltage, fixed magnitude and fixed frequency, such as 50Hz, 60Hz, 400Hz, etc – Output: adjustable dc voltage Main feature: – AC to DC conversion – Solid state device, no rotating machine. 13 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Các đại lượng cơ bản Công suất dc tiêu thụ trên tải PVI= dc dc dc Công suất ac tiêu thụ trên tải PVI= ac rms rms Hiệu suất (efficientcy - rectification ratio) của bộ chỉnh lưu Pdc  = Pac Trị hiệu dụng thành phần ac (effective) trong điện áp tải 22 VVVac= rms dc 14 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 7
  8. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Các đại lượng cơ bản Hệ số hình dáng (form factor) đồ thị điện áp tải V FF = rms Vdc Độ nhấp nhô (ripple factor) điện áp tải VV RF=ac =( rms )22 1 = FF 1 VVdc dc Hệ số biến áp (transformer utilization factor) - hệ số công suất bộ chỉnh lưu P TUF = dc VIss Hệ số công suất 15 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ nguyên lý Dòng điện diodes iD1,iD2, iD3 Điện áp trên diodes uD1 , uD2 , uD3 Điện áp và dòng điện tải ud ,id Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud,Id Trị hiệu dụng áp pha nguồn U Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 Biên độ điện áp pha nguồn Um U A =Um sint UB =Um sin(t 2 /3) UC =Um sin(t 4 /3) 16 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 8
  9. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Giả thiết: Nguồn lý tưởng: nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng và điện trở trong của nguồn bằng không. Linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0. Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục. Mạch ở trạng thái xác lập. 17 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Diode pha A được Phân tích dẫn từ / 6 đến 5 /6. Diode pha B được dẫn từ 5 /6 đến 9 /6. Diode pha C được dẫn từ 9 /6 đến 13 /6 18 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 9
  10. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU vs D1 D2 D3 D1 Van Vbn Vcn Vm Diode pha A được t 0 2 dẫn từ / 6 đến 5 /6. -Vm vdc Diode pha B được Vm dẫn từ 5 /6 đến 9 /6. Van Vbn Vcn t 0 /6 5 /6 9 /6 13 /6 Diode pha C được idc dẫn từ 9 /6 đến Vm/R 13 /6 t 0 /6 5 /6 9 /6 13 /6 VD1 0 /6 5 /6 9 /6 13 /6 t Vab Vac 3Vm iD1 Vm/R t 0 /6 5 /6 9 /6 13 /6 19 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình điện áp chỉnh lưu - điện áp tải 3 6 3 3 Ud = U = Um 2 2 Trị hiệu dụng điện áp tải 35 /6 1 3 3 V=( V sin t )2 d t = V rms m m 2 /6 2 8 Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu - dòng điện tải U E I = d d R 20 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 10
  11. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình dòng điện trên linh kiện I d I D1 = = I D3 = 3 Trị hiệu dụng dòng điện nguồn Id I1 = 3 Áp ngược lớn nhất trên diode URWM = 3Um = 6U Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu P U I  = d = d d S 3UI 21 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 1 Cho bộ chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id 2. Tính trị trung bình điện áp Ud, dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện D2, D3 và vẽ giản đồ điện áp qua D2, D3 22 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 11
  12. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ nguyên lý Dòng điện Thyristor iT1,iT2, iT3 Điện áp trên diodes uT1 , uT2 , uT3 id iT1 iT2 iT3 Điện áp và dòng điện tải ud ,id T1 T2 T3 UT1 UT2 UT3 R Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud,Id Trị hiệu dụng áp pha nguồn U Ud L Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 UA UB UC E Biên độ điện áp pha nguồn Um U A =Um sint UB =Um sin(t 2 /3) UC =Um sin(t 4 /3) 23 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Giả sử góc điều khiển là /4 24 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 12
  13. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU vs T1 T2 T3 Khi tải là cảm và L Vm Phân tích t đủ lớn để dòng điện 0 /6 2 tải liên tục a Vdc t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a idc t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a vT1 t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a 3Vm iT1 t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a 25 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình điện áp chỉnh lưu - điện áp tải 3 6 3 3 Ud = U cosa = Um cosa 2 2 Trị hiệu dụng điện áp tải Khi a 90, trị trung bình điện áp dc trở thành âm. Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu - dòng điện tảiKhi bộ chỉnh lưu bắt đầu làm việc như một U E bộ nghịch lưu, tải cần I = d phải tạo công suất d R bằng cách đảo chiều điện áp DC. 27 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 13
  14. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình dòng điện trên linh kiện I d IITT13= = = 3 Trị hiệu dụng dòng điện nguồn Id I1 = 3 Áp ngược lớn nhất trên SRC URWM = 3Um = 6U Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu P U I  = d = d d S 3UI 29 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 2 Cho bộ chỉnh lưu tia ba pha điều khiển. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Góc điều khiển của bộ chỉnh lưu là 750 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình điện áp Ud, dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện T2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua T2, T3 30 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 14
  15. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 3 Cho bộ chỉnh lưu tia ba pha điều khiển. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Điều khiển góc kích sao cho trị trung bình áp chỉnh lưu Ud=128V. Xác định góc điều khiển. Với góc tìm được: 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện T2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua T2, T3 31 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN Sơ đồ nguyên lý id Giả thiết dòng qua tải liên tục, ta tách iT1 iT3 iT5 mạch cầu thành hai nhóm linh kiện Anode UT1 UT3 T5 T1 T3 UT5 L (T1,T3,T5) và Cathode (T2 ,T4 , T6) R Ud E UT4 T4 UT6 T6 UT2 T2 iT4 iT6 iT2 U A =Um sint UB =Um sin(t 2 /3) UC =Um sin(t 4 /3) 32 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 15
  16. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN id id iT1 iT3 iT5 UT1 T1 UT3 T3 UT5 T5 UA UB UC UdA UdK UA UB UC UT4 T4 UT6 T6 UT2 T2 iT4 iT6 iT2 Mạch tia Anode Mạch tia Cathode ud= u dA u dK 33 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Tại một thời điểm sẽ có hai SCR dẫn: một của nhóm Anode và một của nhóm Cathode Khi T1T3 dẫn uuTTAB11== 0 u u TBA3 u= T u3 = 0 u uT 5 = uСAСB u Khi T5 dẫn uTA1 = u uС uTBC3 = u u uT 5 = 0 iiTdiT11== 0 iT 3 =iiTd03 = iT 5 = 0 iT1 = 0 iT 3 = 0 iiTd5 = did uu= udd= Ri L E uudA= AB dt 34 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong dA C 16
  17. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Khi T4T6 dẫn uuTTBA44 == 0 u u TAB6 = uuT 6 u= 0 uTACTBC2 = u u Khi T2 dẫn uT 4 = uСA u uT 6 = uСB u uT 2 = 0 iiiTdT44 == 0 iT 6 = 0 iiTd6 = iT 2 = 0 iT 4 = 0 iT 6 = 0 iiTd2 = did udd= Ri L E uudK= BA uudK= C dt 35 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong vs T5 T1 T3 T5 Khi tải là cảm và L a Van Vbn Vcn Vm đủ lớn để dòng điện t 0 /6 BỘ CHỈNH 2 LƯUtải liên tục T6 T2 T4 T6 a T5T6 T6T1 T1T2 T2T3 T3T4 T4T5 T5T6 Vdc Vcb Vab Vac Vbc VbPhâna Vca tíchVcb t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a idc t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a vT1 t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a 3Vm isa t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a 36 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 17
  18. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình điện áp chỉnh lưu - điện áp tải 3 6 3 3 Ud = U cosa = Um cosa Trị hiệu dụng điện áp tải Khi a 90, trị trung bình điện áp dc trở thành âm. Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu - dòng điện tảiKhi bộ chỉnh lưu bắt đầu làm việc như một U E bộ nghịch lưu, tải cần I = d phải tạo công suất d R bằng cách đảo chiều điện áp DC. 37 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình dòng điện trên linh kiện I d IITT16= = = 3 Trị hiệu dụng dòng điện nguồn 2 II= 1 d 3 Áp ngược lớn nhất trên SCR URWM = 3Um = 6U Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu P U I  = d = d d S 3UI 38 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1 18
  19. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 4 Cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Góc điều khiển của bộ chỉnh lưu là 750 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình điện áp Ud, dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện T4, T5 và vẽ giản đồ điện áp qua T4, T5 39 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 5 Cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Điều khiển góc kích sao cho trị trung bình áp chỉnh lưu Ud=128V. Xác định góc điều khiển. Với góc tìm được: 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện T2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua T2, T3 40 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 19
  20. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN Sơ đồ nguyên lý id Giả thiết dòng qua tải liên tục, ta tách iT1 iT3 iT5 mạch cầu thành hai nhóm linh kiện Anode UT1 UT3 T5 T1 T3 UT5 L (T1,T3,T5) và Cathode (D2 ,D4 , D6) Ud R E UD4 D4 UD6 D6 UD2 D2 iD4 iD6 iD2 U A =Um sint UB =Um sin(t 2 /3) UC =Um sin(t 4 /3) 41 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN id id iT1 iT3 iT5 UT1 T1 UT3 T3 UT5 T5 UA UB UC UdA UdK UA UB UC UD4 D4 UD6 D6 UD2 D2 iD4 iD6 iD2 Mạch tia Anode Mạch tia Cathode ud= u dA u dK 42 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 20
  21. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Tại một thời điểm sẽ có hai linh kiện dẫn: một của nhóm Anode và một của nhóm Cathode KhiKhi T3T5 T1 dẫn dẫn u TABu1T= 1 = uu0TA1 = u u TBAu3T = 3 u= uС 0 u uTBC3 u= T u5T= 5 u= uСB uСA u u uT 5 = 0 i ii==0 i ii==0 i i = 0= 0 T1Td1 iT1 = 0 T 3Td3 iT 3 =T 05T 5 iiTd5 = di u= Ri Ld E uuuu= = dd 43 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong dAdAdA BC A dt BỘ CHỈNH LƯU Phân tích KhiKhiKhi D4 T6D2 dẫn dẫn uuDDBA44== 0 uuDCA 4u u= DAB6 u= u u B6 u= 0 uDCA 6 uu= DACBBC2 u2 = = u u u u u uD2 = 0 iiDdiD44== 0 iD 4 i=D60= 0 iiBd6 = iD6 i=iDB202 ==00 iiDd2 = uuuuuudKdKdK=== A B C 44 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 21
  22. 1/21/2013 vs T5 T1 T3 T5 Khi tải là cảm và L a Van Vbn Vcn Vm đủ lớn để dòng điện t 0 /6 BỘ CHỈNH 2 LƯUtải liên tục D6 D2 D4 D6 Vdc Vab Vbc Vca Vac Vba Vcb Vcb Phân tích t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a idc t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a vT1 t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a 3Vm is t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 13 /6 a 45 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Khi tải là cảm và L vs T5 T1 T3 T5 a đủ lớn để dòng điện Vm Van Vbn Vcn BỘ CHỈNH t LƯUtải liên tục 0 /6 2 D6 D2 D4 D6 Vdc Phân tích Vac Vba Vcb Vcb t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a idc t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a vT1 t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 3Vm is t 0 /6 /6 a 5 /6 a 9 /6 a 46 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 22
  23. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU  Điện áp tải chỉ có Hệ quả giá trị dương với mọi Trị trung bình điện áp chỉnh lưu - điện áp tải góc điều khiển 3 6 3 3 UUUdm=(cosaa 1) = (cos 1) 22 Trị hiệu dụng điện áp tải Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu - dòng điện tải U E I = d d R 47 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình dòng điện trên linh kiện I d IITD16= = = 3 Trị hiệu dụng dòng điện nguồn 2 II= 1 d 3 Áp ngược lớn nhất trên SCR URWM = 3Um = 6U Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu P U I  = d = d d S 3UI 48 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1 23
  24. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 6 Cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển bán phần. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Góc điều khiển của bộ chỉnh lưu là 750 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình điện áp Ud, dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện D2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua D2, T3 5. Vẽ giản đồ dòng điện nguồn pha C 49 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 7 Cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển bán phấn. Điện áp pha nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Điều khiển góc kích sao cho trị trung bình áp chỉnh lưu Ud=128V. Xác định góc điều khiển. Với góc tìm được: 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện D2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua D2, T3 50 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 24
  25. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN id Giả thiết dòng qua tải liên tục, ta tách SơiT1 đồ iTnguyên3 lý mạch cầu thành hai nhóm linh kiện Anode UT1 T1 UT3 T3 L (T1,T3) và Cathode (T2 ,T4 ) R Ud UT4 T4 UT2 T2 E iT4 iT2 u= Um sin t 51 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN Phân tích id Giả tưởng phân nguồn u thành hai nguồn u1 và u2 U T1 T3 L U1 + R u =Um sint u1 ud ~ u2 u Um + E u1 = = sint U2 2 2 T4 T2 u U u = = m sin(t ) 2 2 2 52 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 25
  26. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN id id iT1 iT3 UT1 T1 UT3 T3 U1 U2 UdA UdK U1 U2 UT4 T4 UT2 T2 iT4 iT2 Mạch tia Anode Mạch tia Cathode ud= u dA u dK 53 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Nhóm Anode 54 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 26
  27. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Nhóm Cathode 55 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong vs T T T Vm BỘ CHỈNHt LƯU 0 a a 2 2 a 3 -Vm Vdc Khi tải là cảm và L đủ lớn Vm Phân tích để dòng điện tải liên tục t 0 a a 2 2 a 3 idc t 0 a a 2 2 a 3 vT1 t 0 a a 2 2 a 3 -Vm iS t 0 a a 2 2 a 3 56 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 27
  28. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Khi a 90, trị trung Trị trung bình điện áp chỉnh lưu - điện áp tải bình điện áp dc trở thành âm. 2 2 2 Có thể làm việc ở 2 UUUd ==cosaam cos chế độ: chỉnh lưu và nghịch lưu Trị hiệu dụng điện áp tải Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu - dòng điện tải U E I = d d R 57 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình dòng điện trên linh kiện I d IITT14= = = 2 Trị hiệu dụng dòng điện nguồn II= 1 d Áp ngược lớn nhất trên SCR UUURWM== m 2 Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu PUI  ==d d d S UI 58 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1 28
  29. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 8 Bài tập: Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn. Điện áp nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=30V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Góc điều khiển của bộ chỉnh lưu là 750 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình điện áp Ud, dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện T2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua T2, T3 5. Vẽ giản đồ dòng điện nguồn 59 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 9 Bài tập : Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn. Điện áp nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=30V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Điều khiển góc kích sao cho trị trung bình áp chỉnh lưu Ud=99V. Xác định góc điều khiển. Với góc tìm được: 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện T2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua T2, T3 5. Vẽ giản đồ dòng điện nguồn 60 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 29
  30. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN Sơ đồ nguyên lý Giả thiết dòng qua tải liên tục, ta tách mạch cầu thành hai nhóm linh kiện Anode (T1,T3) và Cathode (D2 ,D4 ) u= Um sin t 61 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN Phân tích Giả tưởng phân nguồn u thành hai nguồn u1 và u2 id U T1 T3 L u =U sint U1 m + R u1 u Um ud ~ u1 = = sint u2 + E 2 2 U2 u U D4 D2 u = = m sin(t ) 2 2 2 62 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 30
  31. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN id id iT1 iT3 UT1 UT3 T3 T1 U1 U2 UdA UdK U1 U2 UD4 D4 UD2 D2 iD4 iD2 Mạch tia Anode Mạch tia Cathode ud= u dA u dK 63 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Nhóm Anode 64 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 31
  32. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Nhóm Cathode 65 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong vs T T T Vm Khi tải là cảm và L đủ lớn BỘ CHỈNHt đểLƯU dòng điện tải liên tục 0 a a 2 2 a 3 -Vm Vdc Vm Phân tích t 0 a a 2 2 a 3 vT1 0 a a 2 2 a 3 -Vm vD4 t 0 a a 2 2 a 3 -Vm iS Vm/R t 0 a a 2 2 a 3 66 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 32
  33. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình điện áp chỉnh lưu - điện áp tải U Chỉ làm việc ở chế 2 m UUd =(1 cosaa ) = (1 cos ) độ chỉnh lưu Ud dương với mọi Trị hiệu dụng điện áp tải giá trị của a Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu - dòng điện tải U E I = d d R 67 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Hệ quả Trị trung bình dòng điện trên linh kiện I d IITT14= = = 2 Trị hiệu dụng dòng điện nguồn a II= 1 d Áp ngược lớn nhất trên SCR và Diode UUURWM== m 2 Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu PUI  ==d d d S UI 68 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1 33
  34. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 10 Bài tập: Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần dạng đối xứng. Điện áp nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Góc điều khiển của bộ chỉnh lưu là 750 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình điện áp Ud, dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện D2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua D2, T3 5. Vẽ giản đồ dòng điện nguồn 69 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Bài tập 9 Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần dạng đối xứng. Điện áp nguồn có trị hiệu dụng Upha=220V, Tần số 50Hz. Tải R=10, E=50V và L có giá trị đủ lớn để dòng tải liên tục và phẳng. Điều khiển góc kích sao cho trị trung bình áp chỉnh lưu Ud=98V. Xác định góc điều khiển. Với góc tìm được: 1. Vẽ giản đồ điện áp chỉnh lưu ud, id ứng với góc điều khiển. 2. Tính trị trung bình dòng điện chỉnh lưu Id; 3. Tính hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 4. Xác định khoảng dẫn của linh kiện D2, T3 và vẽ giản đồ điện áp qua D2, T3 70 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 34
  35. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU HIỆN TƯỢNG CHUYỂN MẠCH Là hiện tượng hai linh kiện cùng dẫn (trùng dẫn) được gọi là hiện tượng chuyển mạch Hiện tượng này thường xảy ra khi nguồn xoay chiều có điện cảm Ls. id id iT1 iT3 iT1 iT2 iT3 L UT1 T1 UT3 T3 T2 T3 Ls UT1 T1 UT2 UT3 R R Ud L Ud Ls Ls Ls UT4 T4 UT2 T2 E E UA UB UC iT4 iT2 71 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU HIỆN TƯỢNG CHUYỂN MẠCH 1. BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA Giả sử nguồn xoay chiều có điện cảm Ls. u =Um sint 72 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 35
  36. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Mạch tia anode id iT1 iT3 UT1 T1 UT3 T3 UdA Tại thời điểm a, SCR T3 dưới tác dụng của điện áp ngược (u=u2-u1) bắt đầu ngắt, tuy nhiên do có cảm kháng LS dòng điện qua nó không ngắtU1 tức thờiU2 mà giảm dần về 0 tại thời điểm a+ . Cũng tại thời điểm a do có tín hiệu điều khiển T1bắt đầu dẫn dòng điện qua nó tăng dần từ 0 và đạt giá trị ổn định tại thời điểm a+ . Như vậy sẽ có hai linh kiện SCR cùng dẫn trong khoảng thời gian μ [a: a+] SCR T1, T3 cùng dẫn 73 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Trong thời gian chuyển mạch [a ≤  ≤ a + ], điện Vs áp trên cuộn cảm Ls bằng T3 T1 T1T3 T3 a a điện áp nguồn Vm  t di 0 a a  2 2 a 3 s  Lss= u = Vm sin  t -Vm dt is I ()/a   a  d VV di=mmsin  tdt = sin  td  t t s LLss 0 a a  2 2 a 3 Id a/  a vdc Vm 2Id = [cos( a  ) cos( a )] Ls t 0 a a  2 2 a 3 2Ls cos(a  ) = cos( a ) Id Vm 2Ls =arccos cos( a ) Id a V 74 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong m 36
  37. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Điện cảm Ls hoặc của dòng điện tải Id tăng thì  tăng Trị trung bình điện áp tải (Khi có hiện tượng chuyển mạch) a 1 V V= Vsin( = t ) d ( t )m [cos( a ) cos( a  )] dca m a  V =m [cos a cos( a  )] VVmm22LLss2 VIIdca =[cos a cos( a ) dc ] = cos a dc Vm 2Ls 2Ls VVVdca = dc cm =VIcm d cos(a  ) = cos( a ) Id Vm 75 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU HIỆN TƯỢNG CHUYỂN MẠCH 76 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 37
  38. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU HIỆN TƯỢNG CHUYỂN MẠCH 2. BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA Giả sử nguồn xoay chiều có điện cảm Ls. id U =U sint iT1 iT2 iT3 A m T2 T3 UT1 T1 UT2 UT3 R UB =Um sin(t 2 /3) U =U sin(t 4 /3) L Ud C m Ls Ls Ls E UA UB UC 77 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích id iT1 iT2 iT3 T1 T2 T3 R L Ud Ls Ls Ls E UA UB UC Tại thời điểm a, SCR T3 dưới tác dụng của điện áp ngược (u=uC-uA) bắt đầu ngắt, tuy nhiên do có cảm kháng LS dòng điện qua nó không ngắt tức thời mà giảm dần về 0 tại thời điểm a+ . Cũng tại thời điểm a do có tín hiệu điều khiển T1bắt đầu dẫn dòng điện qua nó tăng dần từ 0 và đạt giá trị ổn định tại thời điểm a+ . Như vậy sẽ có hai linh kiện SCR cùng dẫn trong khoảng thời gian μ [a: a+] SCR T1, T3 cùng dẫn 78 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 38
  39. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU [a: a+] SCR T1, T3 cùng dẫn, di 2L .sc = v v = 3 V sin t SAdt Сm isc là dòng điện trong thyristor được kích đóng trong quá trình chuyển mạch 3Vm itsc =(cos a cos  ) 2LS Giả thiết dòng điện tải id không đổi , khi isc=id thì T3 ngắt hoàn toàn và T1 dẫn hoàn toàn 3Vm id =[(cosa cos( a  )] 2LS 79 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU HIỆN TƯỢNG CHUYỂN MẠCH Vs T3 T1T3 T1 T1T2 T2 T2T3 T3   a a  t 0 /6 a a  2 vdc v v v t 0 /6 a a  2 iT3 iT1 iT2 isc t 0 /6 a a  2 80 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 39
  40. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Điện cảm Ls hoặc của dòng điện tải Id tăng thì  tăng Trị trung bình điện áp tải (Khi có hiện tượng chuyển mạch) 5 /6 a 1 33V V=3 V sin(  t ) d (  t ) =m [cos a cos( a  )] dca 2 / 3 m 2 /6 a  3 3VVmm23LLss 3 3 VIIdca =[cos a cos( a ) dc ] = cos a dc 2 3Vm 2 2 3Ls 2LiSd VVVdca = dc cm =VIcm dc cos(a  ) = cos a 2 3Vm 81 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU Phân tích Phân tích cho các bộ chỉnh lưu điều khiển điển hình cho phép xác định độ sụt áp của chúng 3L BCL tia 3 pha =VIs cm2 dc 3L BCL cầu 3 pha =VIs cm dc 2L BCL cầu 1 pha =VIs cm dc 82 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 40
  41. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU 85 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU 1 PHA a a 1 t 0 a a 2 2 a 3 3 a V a = dk Vcmax 2 t 2V 0 a a 2 2 a 3 3 a V =am cos dc Vcmax 3 4 2VVm dk Vdk = cos( ) t Vcmax 0 a a 2 2 a 3 3 a 5 t 0 a a 2 2 a 3 3 a 86 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 41
  42. 1/21/2013 BỘ CHỈNH LƯU BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA Vs UA UB UC UA UB UC a a a a a a t 33Vm 0 /6 2 V =acos dc T1 33VV = mcos( dk ) Vdk Vcmax t T1 T1 /6 a 13 /6 a T2 T2 T2 t 5 /6 a 17 /6 a T3 t T3 T3 9 /6 a 19 /6 a 87 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Power Electronics For Building  THANK YOU FOR YOUR ATTENTION 88 1/21/2013 42