Chỉnh lưu không đối xứng cầu một pha

Chỉnh lưu không đối xứng cầu một pha Nguyên tắc hoạt động: q = q1 cho xung mở T1 trong khoảng q1q2 Tiristor T1 và D2 cho dòng chảy qua. Khi u2 bắt đầu đổi dấu D1 mở ngay do đó T1 tự nhiên đóng lại dòng id = Id chuyển từ T1 sang D2 cùng cho dòng chảy qua lúc này ud = 0. Khi q =q 3=P +a cho xung mở T2 dòng qua tải id = Id chảy qua T2 và D1 và điốt D2 lúc này bị khoá lại. Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của tiristor và của điôt không bằng nhau. Góc dẫn dòng của điôt là , còn góc dẫn dòng của tiristor là . Giá trị trung bình của điện áp tải, của dòng tải, của dòng qua tiristor của dòng trong điôt Chỉnh lưu điều khiển đối xứng một pha sơ đồ cầu Xét khi tải thuần trở u2 = U2sinwt Khi q = q1 cho xung điều khiển mở T1 và T3 lúc này ud = u2, Hai Tiristor này xẽ tự nhiên khóa lại khi u2 = 0. Khi q = p + a cho xung điều khiển mở T4 và T 2 : u = u2 . Dòng tải iư là dòng gián đoạn. Giá trị trung bình của điện áp của điện áp tải, dòng tải, dòng tiristor Xét khi tải là điện trở và điện cảm Dòng tải id sẽ là dòng liên tục, id = Id Phương trình mạch tải : Giá trị hiệu dụng dong thứ cấp máy biến áp: Xét hiện tượng trùng dẫn Giả thiết T1 và T3 đang mở cho dòng chảy qua, iT1,3 = Id. Khi q = q2 cho xung điều khiển mở T2 và T4. Vì sự có mặt của Lc nên dòng iT1,3 không thể đột ngột từ Id xuống 0, mà dòng iT2,4 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id. Lúc này cả 4 Tiristor đều mở cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch, ud = 0, nguồn e2 cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng điện ngắn mạch ic. Ta có phương trình chỉnh lưu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha Xét bài toán có Xc, L ạ Ơ, R ạ0. Do đó dòng id khá phức tạp và được xác định như sau: Khi T1 và T2 mở chưa kể đến trùng dẫn thì ta có phương trình: Ua - Uc = L + R Và khi có trùng dẫn thì xác định bởi phương trình sau: trong đó Uc là điện áp ngắn mạch của pha a và pha c. Vì vậy ta chỉ xét trường hợp pha L=Ơ cho đơn giản. Lúc này id = Id = const. Hoạt động của sơ đồ: Giá trị trung bình của điện áp tải: chỉnh lưu không điều khiển cầu ba pha, cộng băm xung I. Chỉnh lưu không điều khiển cầu ba pha Trong sơ đồ này nếu ta chọn điện áp thứ cấp u1 làm gốc pha, ta có: U1 = Umsinwt U2 = Umsin(wt - 1200) U3 = Umsin(wt +1200) Trong đó Um là biên độ của điện áp thứ cấp của một pha máy biến áp. Đồ thị biến thiên của điện áp như hình sau: Để chỉnh lưu các điện áp người ta dùng 2 nhóm điốt: nhóm điốt atốt chung gồm 3 điốt D2, D4, D6 và nhóm điốt có canốt chung D1, D2, D3. +. Trong khoảng 0 Ê wt Ê q1, u3 dương nhất và u2 âm nhất, D5 và D6 mở, dòng điện đi từ điểm 3 qua điốt D5 tới điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về điểm 2. Điện áp đưa ra tải ud = u32 = u3 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3. +. Trong khoảng q1 Ê wt Ê q2 u1 dương nhất và u2 âm nhất, D1 và D6 mở, dòng điện đi từ điểm 1 qua điốt D1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về điểm 2. Điện áp đưa ra tải ud = u12 = u1 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = 0. +. Trong khoảng q2 Ê wt Ê q3, u1 dương nhất u3 âm nhất, D1 và D2 mở, dòng điện đi từ điểm 1 qua điốt D1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D2 về điểm 3. Điện áp đưa ra tải ud = u13 = u1 - u3, điện áp trên điốt D1 là uD1 = 0. +. Trong khoảng q3 Ê wt Ê q4, u2 dương nhất u3 âm nhất do đó D3 và D2 mở, dòng điện đi từ 2 qua D3 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D2 về 3. Điện áp đưa ra tải ud = u23 = u2 - u3, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u2. +. Trong khoảng q4 Ê wt Ê q5, u2 dương nhất u1 âm nhất do đó D3 và D4 mở, dòng điện đi từ 2 qua D3 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D4 về 1. Điện áp đưa ra tải ud = u21 = u1 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u2. +. Trong khoảng q5 Ê wt Ê q6, u3 dương nhất u1 âm nhất do đó D5 và D4 mở, dòng điện đi từ 3 qua D5 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D4 về 1. Điện áp đưa ra tải ud = u31 = u3 - u1, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3 +. Trong khoảng q6 Ê wt Ê q7, u3 dương nhất u2 âm nhất do đó D5 và D6 mở, dòng điện đi từ 3 qua D5 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về 2. Điện áp đưa ra tải ud = u32 = u3 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3. Như vậy đồ thị của điện áp ud sẽ có dạng đường cong đậm nét và đồ thị biến thiên của uD1 có dạng như đường nét đứt. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: trong đó q1 = , q2 = , u1 - u2 = Umsinwt - Umsin(wt - 1200) = Umsin(wt - 600) ta có Ud0 = Umsin(wt - 600)dwt = Um @ 1,65Um Điện áp ngược cực đại trên mỗi điốt Ungmax Từ đường cong uD1 ta có Ungmax = Um = Udo = 1,04Ud0. Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu K0 = Từ đường cong điện áp ud ta có udmax = Um, udmin = 1,5Um nên K0 = Giá trị trung bình của dòng điện tải Id = Giá trị trung bình i0, giá trị hiệu dụng I và giá trị cực đại imax của dòng điện qua mỗi điốt Trong sơ đồ này mỗi điốt chỉ dẫn điện trong 1/3 chu kì nên I0 = Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp IS. Từ đồ thị ta thấy trong mỗi chu kỳ trong khoảng q1Ê wt Ê q3 điốt D1 mở, dòng điện thứ cấp iS = ID còn trong khoảng q4 Ê wt Ê q6 điốt D4 dẫn iS = - ID như vậy: IS = Khi thay q3 - q1 = q6 - q4 = Ta có Công suất biểu kiến của máy biến áp II. Bộ băm xung áp một chiều 1. Giới thiệu chung Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung bình Utb có thể thay đổi được. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số trung bình Utb của các xung điện áp đặt vào phụ tải có thể điều chỉnh từ trị số không đến trị số lớn nhất bằng điện áp một chiều E cung cấp cho bộ băm: 0 < Utb Ê E. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho điện áp trung bình trên tải Utb đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của nguồn điện: E < Utb <à. Bộ băm xung áp một chiều được coi như là một công tắc tơ tĩnh đóng mở liên tục một cách chu kỳ. Nó được sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển, trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ nghệ điện hoá... Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lượng ít hơn so với phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với môi trường vì tham số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt nguồn trên tải, kích thước nhỏ. Tuy nhiên bộ băm xung áp có nhược điểm là : phải dùng cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm tăng quán tính của qúa trình điều khiển khi sử dụng các mạch điều khiển kín. Nếu tần số đóng mở lớn sẽ phát sinh ra nhiễu vô tuyến. 2. Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế độ giảm áp. Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay bằng tiristo được điều khiển đóng mở một cách chu kỳ. Khi làm việc ở chế độ giảm áp bộ băm xung áp một chiều H được đặt nối tiếp giữa nguồn điện áp một chiều E và phụ tải như trên hình vẽ. Trị số trung bình của điện áp trên tải Utb. Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E. Còn khi H ngắt điện thì u = 0. Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là: với Tđ là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung T là chu kì băm, hay chu kì xung a = là hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta có a Ê 1. Bằng cách biến đổi trị số của hệ số a ta nhận được các trị số khác nhau của điện áp trung bình của điện áp trung bình Utb trên phụ tải. Có thể cho a biến đổi bằng hai cách: 1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện Tđ của bộ băm, ta có bộ băm tần số cố định. 2 - Cố định thời gian đóng điện Tđ, biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm tần số biến thiên. Nếu Tđ = 0 thì a = 0 ta có Utb = 0 lúc này bộ băm thường xuyên ngắt mạch. Khi Tđ = T, ta có a =1 và Utb = E, bộ băm thường xuyên đóng mạch điện. Bộ băm xung áp một chiều thường đóng điện và ngắt điện liên tục với tần số cao (200 á 500Hz) nên thường là một khoá bán dẫn. Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng tranzito Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài kilohert. Các tranzito không cần mạch để khoá lại như tiristo nên rất đơn giản và có thể làm việc với tần số tương đối lớn. Các bộ băm dùng tranzito công suất có thể đạt tới tần số băm từ 1000 đến 2000 Hz một cách dễ dàng. Khi dùng bộ băm xung áp có thể không cần dùng cuộn cảm san bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san bằng dòng điện trên tải thành dòng điện một chiều có trị số không đổi. Nhược điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ đạt cỡ vài kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng. Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito. Hoạt động của sơ đồ khi không có trùng dẫn: Ta có điện áp pha thứ cấp của máy biến áp : ; Trong đó Um - biên độ của điện áp thứ cấp của một pha máy biến áp. để chỉnh lưu các điện áp này người ta dùng hai nhóm điôt @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ xét tại thời điểm ứng với q1, thấy điện thế tại các điểm A,B,C như sau: vA>vB>vC. Dòng điện tải đi từ điểm A đến điểm C. Điôt D1 mở cho dòng chảy qua, và do đó vF = vA>vB>vC. Các điôt D3 và D5 bị khoá vì điện thế catốt của chúng lớn hơn điện thế anôt của chúng. Điốt D2 mở cho dòng chảy qua và do đó vG=vC<vB<vA; Các điôt D4 và D6 bị khoá lại vì điện thế catôt của chúng ( là vA hoặc vB) lớn hơn điện thế của catôt của chúng (là vC). Ta có bảng tóm tắt hoạt động của sơ đồ Khoảng Chiều dòng điện Diôt Điện áp tải ud Từ p/6 đến 3p/6 3p/6-5p/6 5p/6-7p/6 7p/6-9p/6 9p/6-11p/6 11p/6-13p/6 Từ A đến B A ----- C B -------C B ------ A C ------- A C --------B 1 và 6 1 ---2 3--- 2 3----4 5----4 5------6 va - vb va ---vc vb---vc vb ---- va vc ----- va vc ----- vb Nhận xét: Dòng tải bao giời cũng xuất phát từ điểm có điện thế cao nhất đến điện thế thấp nhất. Mỗi điôt cho dòng chảy qua trong một phần ba chu kỳ. Mỗi cuộn dây biến áp cho dòng chảy qua trong hai lần một phần ba chu kỳ : 1/3 chu kỳ với điôt trên và một phần ba chu kỳ với điôt dưới. Giá trị tức thời của điện áp tải ud bằng hiệu của giá trị tức thời điện áp của hai pha đang cấp dòng cho tải. Ud gồm 6 chỏm dòng sinus tạo nên. Điện áp ngược lớn nhất các điôt phải chịu là: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Hoạt động của bộ chỉnh lưu không điều khiển cầu ba pha khi có hiện tượng trùng dẫn: Khi D1 và D3 trùng dẫn D3 đặt điện thế B ( lúc này Ub>0) vào Catốt của D4 khiến D4 bị phân cực ngược do đó D2 không thể chuyển dòng điện tải sang D4 như bình thường. D2 tiếp tục đơn dẫn thêm một khoảng nữa, cho đến khi sự chuyển mạch từ D1 sang D3 kết thúc. Tình hình diễn ra như các Tiristor có góc mở a nào đó. Để xác định góc mở a, có thể xem sơ đồ đang xét là sơ đồ chỉnh lưu Tiristor cầu ba pha có góc mở a và góc trùng dẫn là m. Ta có công thức tính là: @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@