chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.08 MB, 43 trang )

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………..
Ngày … Tháng … Năm 2019
Giáo viên hướng dẫn

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 1

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 2

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quá
trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công 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 hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử
công 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 môn học Điện tử công suất chúng
em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển
điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều dùng TCA 785”.
Với sự hướng dẫn của cô : Nguyễn Thị Vân Anh, 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 không
thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện :
1.Nguyễn Hồng Phường
2. Phạm Trung Hiếu
3. Nguyễn Tuấn Anh

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 3

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Khái niệm về điện tử công suất
– Để có khái niệm tổng quát về điện tử công suất,cần phải nhắc lại ba lĩnh vực cơ bản
của ngành Kỹ thuật điện đó là : điện tử,điều khiển và năng lượng điện. Lĩnh vực điện tử
nghiên cứu các dụng cụ bán dẫn,các mạch tích hợp sử dụng cho việc truyền tải và xử lý

thông tin. Lĩnh vực điều khiển nghiên cứu các quá trình,phân tích và tổng hợp các bộ
điều khiển nhằm ổn định chế độ làm việc của hệ thống. Lĩnh vực năng lượng nghiên cứu
và giải quyết vấn đề liên quan đến các hệ thống phát điện,truyền tải,phân phối và sử dụng
điện năng.
– Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử và điều khiển,ngày càng nhiều thiết
bị điện tử được sử dụng trong hệ thống truyền tải,biến đổi sử dụng điện năng. Hệ thống
thiết bị điện tử này không hoạt động ở chế độ khuếch đại mà hoạt động theo nguyên lý
đóng-cắt và được gọi là thiết bị điện tử công suất. Như vậy điện tử công suất là ứng dụng
của kỹ thuật điện tử,điều khiển vào hệ thống năng lượng điện.
1.2. Nhiệm vụ về điện tử công suất
Nhiệm vụ chính của điện tử công suất là biến đổi hệ thống năng lượng điện từ dạng này
sang dạng khác bao gồm các dạng biến đổi dưới đây:
•
Current): AC-DC.

Xoay chiều (AC-Alternating Current) thành một chiều (DC-Direct

•

Một chiều thành một chiều: DC-DC.

•

Một chiều thành xoay chiều: DC-AC.

•

Xoay chiều thành xoay chiều: AC-AC.

1.3. Ứng dụng về điện tử công suất

a.Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
Là loại biến đổi AC-DC được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống điều khiển
truyền động điện động cơ điện một chiều, hệ thống cung cấp nguồn điện một chiều, hệ
thống mạ và nạp điện…

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 4

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Dưới đây là một ứng dụng của bộ chỉnh lưu trong hệ thống tự động ổn định tốc độ quay
động cơ điện một chiều. Sơ đồ khối được trình bày như Hình 1.1.

Hình
1.1. Sơ
đồ khối bộ tự động ổn định tốc độ quay động cơ điện 1 chiều
Bộ chỉnh lưu làm nhiệm vụ của cơ cấu điều chỉnh cho đối tượng là động cơ điện một
chiều. Khi tải của động cơ thay đổi hoặc điện áp nguồn thay đổi, momen và tốc độ quay
trên trục của động cơ thay đổi theo. Cảm biến tốc độ chuyển đổi tốc độ động cơ thành tín
hiệu điện là một hàm phụ thuộc vào tốc độ. Điện áp tín hiệu được khuếch đại đến mức đủ
lớn đưa vào điều chế góc mở SCR trong bộ chỉnh lưu để điện áp một chiều được điều
chỉnh giữ cho tốc độ động cơ ổn định. Việc điều chỉnh tốc độ quay có thể thưc hiện bằng
cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng, mạch kích thích và có thể thực hiện trên cả hai
mạch.

Theo quan điểm kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động ổn định tốc độ quay trên Hình
1.1 là một hệ điều chỉnh tốc độ mạch vòng kín được biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh mạch vòng kín
Trên sơ đồ cấu trúc các đại lượng được biểu diễn dưới dạng toán tử Laplace trong đó
X(s) là giá trị đặt, Y(s) là giá trị thực của quá trình, E(s) là độ sai lệch giữa giá trị đặt và
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 5

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

giá trị thực, U(s) tác động điều chỉnh, C(s) và O(s) là hàm truyền của bộ điều chỉnh và
đối tượng trong miền toán tử.
b. Điều chỉnh dòng điện và điện áp một chiều
Sơ đồ khối hệ thống tự động ổn định tốc độ quay của động cơ điện một chiều bằng bộ
biến đổi DC-DC được trình bày trên Hình 1.3

Hình 1.3. Sơ đồ khối bộ tự động ổn định tốc độ quay động cơ điện một chiều
Nguồn cung cấp cho hệ thống là nguồn điện một chiều U o. Khi tải hoặc điện áp nguồn
thay đổi làm momen và tốc độ quay trên trục động cơ thay đổi. Tín hiệu ra của cảm biến
tốc độ làm thay đổi tần số đóng cắt của bộ biến đổi DC-DC làm điện áp trung bình đặt
trên động cơ thay đổi giữ cho tốc độ quay của động cơ ổn định trong phạm vi làm việc
nhất định.
c. Điều chỉnh dòng điện và điện áp xoay chiều

Các bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong các
hệ thống tạo nhiệt của nung, sấy… Các bộ điều chỉnh này còn được sử dụng trong việc
điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều. Tuy nhiên, việc sử dụng các bộ điều
chỉnh trong truyền động điện động cơ điện xoay chiều có chất lượng không cao nên ít
được sử dụng cho các loại tải công suất lớn.
Nếu có sự thay đổi trạng thái của buồng sấy hoặc điện áp nguồn cung cấp nhiệt độ
trong buồng thay đổi làm tín hiệu ra của cảm biến nhiệt độ thay đổi theo góc mở của các
Thyristor trong bộ điều chỉnh thay đổi để điện áp và dòng đi qua phần tử đốt thay đổi giữ

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 6

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

cho nhiệt độ trong buồng sấy ổn định. Các bộ điều chỉnh có thể áp dụng cho mạch một
pha và ba pha, được trình bày trên Hình 1.4

Hình 1.4. Bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp một pha
d. Bộ biến đổi ngược
Các bộ biến đổi ngược DC-AC (nghịch lưu) dùng để biến đổi hệ thống dòng điện và
điện áp một chiều cố định thành hệ thống dòng điện và điện áp xoay chiều có tần số ổn
định. Các bộ biến đổi ngược thường được sử dụng trong các hệ thống năng lượng gió,
năng lượng mặt trời dùng để biến đổi hệ thống năng lượng điện một chiều hoặc điện xoay
chiều không ổn định thành hệ thống năng lượng điện xoay chiều có tần số và biên độ ổn

định. Sơ đồ khối của hệ thống cung cấp điện không gián đoạn sử dụng bộ biến đổi ngược
được mô tả trên Hình 1.5

Hình 1.5. Sơ đồ khối hệ thống cung cấp điện không gián đoạn
Nguồn điện xoay chiều lấy từ lưới điện xoay chiều sau khi được chỉnh lưu vừa nạp
cho ắc quy vừa được lọc phẳng cung cấp cho bộ nghịch lưu DC-AC thành nguồn điện

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 7

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

xoay chiều có tần số ổn định. Khi mất điện lưới năng lượng được nạp từ ắc quy cung cấp
cho tải.
e. Biến tần
Là bộ biến đổi AC-AC dùng để biến đổi hệ thống dòng điện và điện áp xoay chiều từ
tần số này sang tần số khác. Có hai loại biến tần: trực tiếp và gián tiếp được sử dụng
trong hệ thống điều khiển truyền động điện động cơ điện xoay chiều. Sơ đồ hệ thống điều
khiển truyền động điện động cơ điện xoay chiều sử dụng biến tần giao tiếp được trình
bày trên hình 1.6

Hình 1.6. Sơ đồ khối ổn định tốc độ quay động cơ điện xoay chiều
Hệ thống điện áp xoay chiều U1 có tần số cố định được biến đổi thành hệ thống điện
áp xoay chiều U2 có tần số thay đổi dùng để tự động ổn định tốc độ quay động cơ khi tải

và điện áp lưới thay đổi.
g. Các bộ biến đổi trong hệ thống truyền tải điện năng
Các bộ biến đổi công suất lớn còn được sử dụng trong hệ thống truyền tải điện năng
như các hệ thống bù hệ số cosφ, điều khiển hệ thống năng lượng, và truyền tải điện một
chiều cao áp được trình bày như trên Hình 1.7

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 8

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 1.7. Truyền tải điện một chiều cao áp (HVDC)
Hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp có thể điều khiển được hướng truyền năng
lượng bằng cách thay đổi chế độ làm làm việc của các bộ biến đổi ở hai đầu đường dây từ
chế độ chỉnh lưu sang chế độ nghịch lưu. Tuy nhiên hệ thống truyền tải năng lượng này
có hệ thống thiết bị điều khiển và biến đổi phức tạp, đắt tiền mới chỉ sử dụng ở một số
nước công nghiệp phát triển.

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 9

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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 toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển.

•

Mạch chỉ dùng toàn 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 nối chung Anode:

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 10

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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.

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 11

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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 không điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Tải thuần trở

Hình 2.4. Sơ đồ chỉnh lưu và dạng sóng điện áp và dòng điện
b. Nguyên lý làm việc
– Giả Sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnh
lưu: u2= .U2.sin t (v)
– Trong nửa chu kỳ đầu 0dẫn điện. Ta có : uD = 0, u2 =ud, iD = id =
– Trong nửa chu ký sau t 2 khi đó u2 0, van D bị phân cự ngược nên van D không
dẫn điện. Ta có uD = u2 0, ud = 0,iD = id = 0
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 12

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

– Các chu kì tiếp theo nguyên lý hoạt động tương tự. Từ nguyên lý làm việc xây
dựng được dạng sóng dòng điện và điện áp trong mạch như hình vẽ 1.11
c. Các biểu thức dòng và áp
– Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :
Ud = dt = (cos – cos 0) = = 0,45 U2
– Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:

– Dòng điện trung bình qua diode D:
IDAV = = = = Id
– Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
UDngmax =

2.4.2. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Tải thuần trở
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 13

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu và dạng điện áp ra trên tải
b. Nguyên lý làm việc
– Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp đặt vào cuộn sơ cấp
máy biến áp là hình sin. Khi đó phía thứ cấp MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng
nhau về giá trị hiệu dụng nhưng ngược nhau về pha.
U21 =
U22 =
– Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 diode D1 được phân cực thuận cho dòng điện
chạy qua tải nên iD1 = id, ud = u21, uD1 = 0. Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại
do vậy iD2 = 0, uD2 = u22 – u21.
– Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21, diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại. Khi
đó u22 dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD2 = id, ud =
u22, uD2 = 0. Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD1 = 0, uD1 = u21 – u22
.
Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp điện cho tải
trong cả chu kỳ. Từ nguyên lý làm việc ta xây dựng được dạng sóng dòng điện và điện áp
trong mạch như hình vẽ 1.12
c. Công thức tính toán trong mạch
– Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:
Ud = = =U2 = 0,9U2
– Giá trị trung bình của dòng điện tải:
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 14

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Id = = =U2
– Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
Khi van dẫn ta có, dòng điện tức thời qua thứ cấp máy biến áp:
i2 = i21 =
Nhận thấy dòng điện qua thứ cấp máy biến áp là dòng điện hình sin, nên suy ra i1 =
m.i2 ; Với m là tỷ số máy biến dòng.
Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác định:

– Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi van diode:
Ungmax =

2.4.3. Mạch chỉnh lưu hình cầu1 pha không điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Tải thuần trở

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 15

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 2.6. Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải
b. Nguyên lý làm việc

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp
phía thứ cấp u2 = U2sint (v).
– Trong nửa chu kỳ đầu t = 0 đến, điện áp u 2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 được
phân cực thuận, nên dẫn điện. Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫn
điện cho dòng điện chạy qua tải. Khi đó ta có: u D1 = uD2 = 0;uD4 = uD3 = – u20; ud = u20; iD1
= iD2= id; iD4 = iD3 = 0.
– Trong nửa chu kỳ sau t = đến 2, điện áp – u 2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bị
phân cực ngược, nên không dẫn điện. Còn cặp van D 4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện
cho dòng điện qua tải. Khi đó ta có:
uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u20; ud = – u20; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0.
Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự
c. Các biểu thức dòng và áp
– Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :
Ud = = = 0,9 U2
– Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu :
Id = = =
– Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là:
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 16

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

I2 = = 1,1.Id
– Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode:

IDRMS == = 0,785.Id
– Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp:
I1 = m.I2 ( m = : Là tỷ số máy biến dòng )
-Dòng điện trung bình qua diode D:
IDAV =
– Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
UDngmax =
2.4.4. 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 thứ cấp u 2
=U2 sint và góc điều khiển .
– Trong khoảng t = 0 đến, 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 t =, 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 .
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 17

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

– Đến thời điểm t =, u2 = 0 và có xu hướng âm. Lúc này van T bị phân cực ngược
nên khoá. Như vậy trong khoảng t = đến 2, ta có:
uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
– Đến thời điểm t= 2, 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 t= 2 đến 2 +, ta có:
uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
– Đến thời điểm t = 2 +, 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 toán
– Điện áp trung bình trên tải :
= = (1 + cos)
– Dòng điện trung bình qua tải và Thyristor :
= ITAV = = (1 + cos ) =
– Dòng điện hiệu dụng qua Thyristor :
ITRMS = d.
– Điện áp thuận lớn nhất trên van T:
UTh max =
– Điện áp ngược lớn nhất trên van T:
UTngmax=.U2
2.4.5. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Tải thuần trở

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 18

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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 u 21 = – u22 = U2 sin t, xét mạch đang làm việc ở chế
độ xác lập, lý tưởng.
– Trong khoảng 0, khi đó không van nào dẫn nên:
id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
– Trong khoảng, khi đó van T1 dẫn còn T2 khóa nên:
id = iT1 = ; iT2 = 0; ud = u21; uT1 = 0; uT2 = u22 – u21
– Trong khoảng, khi đó không van nào dẫn nên:
id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
– Trong khoảng, khi đó van T2 dẫn còn T1 khóa nên:
id = iT2 = ; 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 :
= = (1 + cos)
– Dòng điện trung bình qua tải:
= = (1 + cos ) =
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 19

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-Dòng điện trung bình qua Thyristor:
ITAV = =
– Điện áp thuận và ngược lớn nhất trên van T:
UTngmax =UTh max=
2.4.6. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hoàn toàn
a. Sơ đồ nguyên lý
* Tải R + L

Hình 2.9. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

b. Nguyên lý làm việc

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 20

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 2.10. Dạng sóng dòng điện và điện áp

– Giả sử Ld =, điện áp phía thứ cấp u2 =U2 sin t, góc điều khiển .Xét mạch đang làm việc
ở chế độ xáclập. Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng không.
– Trong khoảng 0 < < khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên:
id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = – u2; uT1 = uT2 = u2; uT3 = uT4 = 0.
– Trong khoảng < khi đó van T1; T2 dẫn còn T3 và T4 khóa nên:
id = iT1 = iT2; iT3= iT4= 0; ud = u2; uT4 = uT3 = -u2; uT2 = uT1 = 0.
– Trong khoảng khi đó van T3; T4 dẫn còn 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
– Điện áp trung bình trên tải:
Utải = 2.= 0,9U2 cos
– Dòng điện trung bình qua Thyristor :
ITAV = =
– Điện áp thuận, điện áp ngược cực đại trên Thyristor :
UTngmax=
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 21

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

2.4.7. 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

Hình 2.12. Dạng sóng điện áp và dòng điện
– Trên sơ đồ nguyên lý ta thấy nhóm mắc catot chung là các thyritstor được mở
vào thời điểm t = 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:
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 22

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

+ Trong khoảng: -> thì van T1 và D2 dẫn.
+ Trong khoảng: -> + thì van T1 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: + -> 2 thì van T2 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: 2 -> 2 + 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 không cần lấy từ nguồn mà vẫn duy trì được trong tải.
c. Các biểu thức tính toán:
– Điện áp trung bình trên tải :
Ud = = (1 + cos)
– Dòng trung bình qua một van bán dẫn :
IT = ID =
– Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor :
ITRMS = IDRMS ==Id
– Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
I2==Id
– Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor :
UTngmax=UTh max= .U2
• Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng
a. Sơ đồ nguyên lý
* Tải R +L

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 23

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hình 2.13. Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng
b. Nguyên lý làm việc
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. Còn 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:
+ van T1 và D2 dẫn.
+ van D1 và D2 dẫn.
+van D1 và T2 dẫn.
+ 2: van T1 và T2 dẫn.
Các chu kỳ sau quá trình lặp lại tương tự .
Hình 2.14. Dạng sóng điện áp và dòng

c. Các biểu thức tính toán
– Điện áp trung bình trên tải :
Ud = = (1 + cos)
– Dòng trung bình qua một van thyritstor dẫn :
GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 24

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ITAV = = Id
– Dòng trung bình qua một van diode dẫn :
IDAV = = Id
– Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor:
ITRMS = = Id.
IDRMS = = Id.
– Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
I2==Id
– Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor và diode :
Uth max =UTngmax =UDngmax = .U2

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH
3.1. 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

GVHD: Nguyễn Thị Vân Anh

Page 25

GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 1TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬMỤC LỤCGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 2TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬLỜI NÓI ĐẦUNgày nay, điện tử hiệu suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quátrình công nghiệp hoá quốc gia. Sự ứng dụng của điện tử hiệu suất trong những hệ thốngtruyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của những thành phần bán dẫn và việc thuận tiện tựđộng hoá cho những quy trình sản xuất. Các mạng lưới hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tửcông suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích quy hoạnh lắp ráp giảm đi rất nhiều so với cáchệ truyền động thường thì như : khuếch đại từ, máy phát – động cơ … Xuất phát từ nhu yếu trong thực tiễn đó, trong nội dung môn học Điện tử hiệu suất chúngem đã được giao thực thi đề tài : “ Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiểnđiều chỉnh vận tốc động cơ điện một chiều dùng TCA 785 ”. Với sự hướng dẫn của cô : Nguyễn Thị Vân Anh, chúng em đã triển khai nghiêncứu và phong cách thiết kế đề tài. Trong quy trình thực thi đề tài do năng lực và kiến thức và kỹ năng trong thực tiễn hạn chế nên khôngthể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô góp phần quan điểm để đề tài hoàn thành xong hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên triển khai : 1. Nguyễn Hồng Phường2. Phạm Trung Hiếu3. Nguyễn Tuấn AnhGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 3TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬCHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI1. 1. Khái niệm về điện tử hiệu suất – Để có khái niệm tổng quát về điện tử hiệu suất, cần phải nhắc lại ba nghành cơ bảncủa ngành Kỹ thuật điện đó là : điện tử, điều khiển và nguồn năng lượng điện. Lĩnh vực điện tửnghiên cứu những dụng cụ bán dẫn, những mạch tích hợp sử dụng cho việc truyền tải và xử lýthông tin. Lĩnh vực điều khiển nghiên cứu và điều tra những quy trình, nghiên cứu và phân tích và tổng hợp những bộđiều khiển nhằm mục đích không thay đổi chính sách thao tác của mạng lưới hệ thống. Lĩnh vực nguồn năng lượng nghiên cứuvà xử lý yếu tố tương quan đến những mạng lưới hệ thống phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụngđiện năng. – Với sự tăng trưởng nhanh gọn của kỹ thuật điện tử và điều khiển, ngày càng nhiều thiếtbị điện tử được sử dụng trong mạng lưới hệ thống truyền tải, đổi khác sử dụng điện năng. Hệ thốngthiết bị điện tử này không hoạt động giải trí ở chính sách khuếch đại mà hoạt động giải trí theo nguyên lýđóng-cắt và được gọi là thiết bị điện tử hiệu suất. Như vậy điện tử hiệu suất là ứng dụngcủa kỹ thuật điện tử, điều khiển vào mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng điện. 1.2. Nhiệm vụ về điện tử công suấtNhiệm vụ chính của điện tử hiệu suất là biến hóa mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng điện từ dạng nàysang dạng khác gồm có những dạng biến hóa dưới đây : Current ) : AC-DC. Xoay chiều ( AC-Alternating Current ) thành một chiều ( DC-DirectMột chiều thành một chiều : DC-DC. Một chiều thành xoay chiều : DC-AC. Xoay chiều thành xoay chiều : AC-AC. 1.3. Ứng dụng về điện tử công suấta. Các bộ chỉnh lưu có điều khiểnLà loại đổi khác AC-DC được sử dụng rất thoáng đãng trong những mạng lưới hệ thống điều khiểntruyền động điện động cơ điện một chiều, mạng lưới hệ thống phân phối nguồn điện một chiều, hệthống mạ và nạp điện … GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 4TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬDưới đây là một ứng dụng của bộ chỉnh lưu trong mạng lưới hệ thống tự động hóa không thay đổi vận tốc quayđộng cơ điện một chiều. Sơ đồ khối được trình diễn như Hình 1.1. Hình1. 1. Sơđồ khối bộ tự động hóa không thay đổi vận tốc quay động cơ điện 1 chiềuBộ chỉnh lưu làm trách nhiệm của cơ cấu tổ chức kiểm soát và điều chỉnh cho đối tượng người dùng là động cơ điện mộtchiều. Khi tải của động cơ biến hóa hoặc điện áp nguồn đổi khác, momen và vận tốc quaytrên trục của động cơ đổi khác theo. Cảm biến vận tốc quy đổi vận tốc động cơ thành tínhiệu điện là một hàm nhờ vào vào vận tốc. Điện áp tín hiệu được khuếch đại đến mức đủlớn đưa vào điều chế góc mở SCR trong bộ chỉnh lưu để điện áp một chiều được điềuchỉnh giữ cho vận tốc động cơ không thay đổi. Việc kiểm soát và điều chỉnh vận tốc quay hoàn toàn có thể thưc hiện bằngcách biến hóa điện áp trên mạch phần ứng, mạch kích thích và hoàn toàn có thể thực thi trên cả haimạch. Theo quan điểm kỹ thuật điều khiển mạng lưới hệ thống tự động hóa không thay đổi vận tốc quay trên Hình1. 1 là một hệ kiểm soát và điều chỉnh vận tốc mạch vòng kín được trình diễn trên hình 1.2 Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc mạng lưới hệ thống kiểm soát và điều chỉnh mạch vòng kínTrên sơ đồ cấu trúc những đại lượng được màn biểu diễn dưới dạng toán tử Laplace trong đóX ( s ) là giá trị đặt, Y ( s ) là giá trị thực của quy trình, E ( s ) là độ xô lệch giữa giá trị đặt vàGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 5TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬgiá trị thực, U ( s ) ảnh hưởng tác động kiểm soát và điều chỉnh, C ( s ) và O ( s ) là hàm truyền của bộ kiểm soát và điều chỉnh vàđối tượng trong miền toán tử. b. Điều chỉnh dòng điện và điện áp một chiềuSơ đồ khối mạng lưới hệ thống tự động hóa không thay đổi vận tốc quay của động cơ điện một chiều bằng bộbiến đổi DC-DC được trình diễn trên Hình 1.3 Hình 1.3. Sơ đồ khối bộ tự động hóa không thay đổi vận tốc quay động cơ điện một chiềuNguồn cung ứng cho mạng lưới hệ thống là nguồn điện một chiều U o. Khi tải hoặc điện áp nguồnthay đổi làm momen và vận tốc quay trên trục động cơ đổi khác. Tín hiệu ra của cảm biếntốc độ làm đổi khác tần số đóng cắt của bộ đổi khác DC-DC làm điện áp trung bình đặttrên động cơ biến hóa giữ cho vận tốc quay của động cơ không thay đổi trong khoanh vùng phạm vi làm việcnhất định. c. Điều chỉnh dòng điện và điện áp xoay chiềuCác bộ kiểm soát và điều chỉnh dòng điện và điện áp xoay chiều được sử dụng thoáng đãng trong cáchệ thống tạo nhiệt của nung, sấy … Các bộ kiểm soát và điều chỉnh này còn được sử dụng trong việcđiều chỉnh vận tốc quay của động cơ điện xoay chiều. Tuy nhiên, việc sử dụng những bộ điềuchỉnh trong truyền động điện động cơ điện xoay chiều có chất lượng không cao nên ítđược sử dụng cho những loại tải hiệu suất lớn. Nếu có sự đổi khác trạng thái của buồng sấy hoặc điện áp nguồn phân phối nhiệt độtrong buồng biến hóa làm tín hiệu ra của cảm ứng nhiệt độ đổi khác theo góc mở của cácThyristor trong bộ kiểm soát và điều chỉnh đổi khác để điện áp và dòng đi qua thành phần đốt đổi khác giữGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 6TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬcho nhiệt độ trong buồng sấy không thay đổi. Các bộ kiểm soát và điều chỉnh hoàn toàn có thể vận dụng cho mạch mộtpha và ba pha, được trình diễn trên Hình 1.4 Hình 1.4. Bộ kiểm soát và điều chỉnh dòng điện và điện áp một phad. Bộ biến hóa ngượcCác bộ biến hóa ngược DC-AC ( nghịch lưu ) dùng để đổi khác mạng lưới hệ thống dòng điện vàđiện áp một chiều cố định và thắt chặt thành mạng lưới hệ thống dòng điện và điện áp xoay chiều có tần số ổnđịnh. Các bộ biến hóa ngược thường được sử dụng trong những mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng gió, nguồn năng lượng mặt trời dùng để biến hóa mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng điện một chiều hoặc điện xoaychiều không không thay đổi thành mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng điện xoay chiều có tần số và biên độ ổnđịnh. Sơ đồ khối của mạng lưới hệ thống phân phối điện không gián đoạn sử dụng bộ biến hóa ngượcđược diễn đạt trên Hình 1.5 Hình 1.5. Sơ đồ khối mạng lưới hệ thống cung ứng điện không gián đoạnNguồn điện xoay chiều lấy từ lưới điện xoay chiều sau khi được chỉnh lưu vừa nạpcho ắc quy vừa được lọc phẳng phân phối cho bộ nghịch lưu DC-AC thành nguồn điệnGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 7TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬxoay chiều có tần số không thay đổi. Khi mất điện lưới nguồn năng lượng được nạp từ ắc quy cung cấpcho tải. e. Biến tầnLà bộ đổi khác AC-AC dùng để đổi khác mạng lưới hệ thống dòng điện và điện áp xoay chiều từtần số này sang tần số khác. Có hai loại biến tần : trực tiếp và gián tiếp được sử dụngtrong mạng lưới hệ thống điều khiển truyền động điện động cơ điện xoay chiều. Sơ đồ mạng lưới hệ thống điềukhiển truyền động điện động cơ điện xoay chiều sử dụng biến tần tiếp xúc được trìnhbày trên hình 1.6 Hình 1.6. Sơ đồ khối không thay đổi vận tốc quay động cơ điện xoay chiềuHệ thống điện áp xoay chiều U1 có tần số cố định và thắt chặt được biến hóa thành mạng lưới hệ thống điệnáp xoay chiều U2 có tần số đổi khác dùng để tự động hóa không thay đổi vận tốc quay động cơ khi tảivà điện áp lưới đổi khác. g. Các bộ biến hóa trong mạng lưới hệ thống truyền tải điện năngCác bộ đổi khác hiệu suất lớn còn được sử dụng trong mạng lưới hệ thống truyền tải điện năngnhư những mạng lưới hệ thống bù thông số cosφ, điều khiển mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng, và truyền tải điện mộtchiều cao áp được trình diễn như trên Hình 1.7 GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 8TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 1.7. Truyền tải điện một chiều cao áp ( HVDC ) Hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp hoàn toàn có thể điều khiển được hướng truyền nănglượng bằng cách biến hóa chính sách làm thao tác của những bộ đổi khác ở hai đầu đường dây từchế độ chỉnh lưu sang chính sách nghịch lưu. Tuy nhiên mạng lưới hệ thống truyền tải nguồn năng lượng nàycó hệ thống thiết bị điều khiển và biến hóa phức tạp, đắt tiền mới chỉ sử dụng ở một sốnước công nghiệp tăng trưởng. GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 9TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬCHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT2. 1. Khái niệm về chỉnh lưu công suấta. Khái niệmMạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để đổi khác nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện mộtchiều nhằm mục đích cung ứng cho phụ tải điện một chiều. b. Phân loạiTheo số pha : một pha, ba pha, m pha … Theo loại van : diode hoặc thyristorMạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển. Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển. Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiểnPhân loại theo sơ đồ mắc : Anode chung hoặc Cathode chung2. 2. Luật dẫn của van hiệu suất trong những mạch chỉnh lưuNhóm nối chung Cathode : Hình 1.8 trình diễn nhóm nối Cathode chung. Hình 2.1. Nhóm nối chung CathodeĐiện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế điểm Abằng điện thế anode dương nhất • Nhóm nối chung Anode : GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 10TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.2. Nhóm nối chung AnodeĐiện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế điểm K bằngđiện thế anode âm nhất. 2.3. Cấu trúc mạch chỉnh lưu, những thông số kỹ thuật cơ bảnTrong thực tiễn những mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá phong phú về hình dáng cũng nhưtính năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ đổi khác thường có những bộ phận sau : Biến áp nguồn nhằm mục đích biến hóa điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại. Van hiệu suất chỉnh lưu, những van này có trách nhiệm biến hóa nguồn điện xoay chiềuthành nguồn một chiều. – Mạch lọc nhằm mục đích lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu cóchất lượng tốt hơn. Mạch đo lường và thống kê trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp. Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong những bộ chỉnh lưu có điều khiển, nóquyết định độ đúng chuẩn, không thay đổi và chất lượng bộ chỉnh lưu. Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máyđiện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm từ điện, những tải có sức điện động E, đôi khitải là những đèn chiếu sáng hay những điện trở tạo nhiệt … vv. – Hình 1.10 trình diễn cấu trúc của một bộ chỉnh lưu. GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 11TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của bộ2. 4. Các mạch chỉnh lưu một pha2. 4.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ luân hồi không điều khiểna. Sơ đồ nguyên tắc và dạng sóng * Tải thuần trởHình 2.4. Sơ đồ chỉnh lưu và dạng sóng điện áp và dòng điệnb. Nguyên lý thao tác – Giả Sử mạch thao tác ở chính sách xác lập, lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnhlưu : u2 =. U2. sin t ( v ) – Trong nửa chu kỳ luân hồi đầu 0 dẫn điện. Ta có : uD = 0, u2 = ud, iD = id = – Trong nửa chu ký sau t 2 khi đó u2 0, van D bị phân cự ngược nên van D khôngdẫn điện. Ta có uD = u2 0, ud = 0, iD = id = 0GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 12TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ – Các chu kì tiếp theo nguyên tắc hoạt động giải trí tựa như. Từ nguyên tắc thao tác xâydựng được dạng sóng dòng điện và điện áp trong mạch như hình vẽ 1.11 c. Các biểu thức dòng và áp – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : Ud = dt = ( cos – cos 0 ) = = 0,45 U2 – Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA : – Dòng điện trung bình qua diode D : IDAV = = = = Id – Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa : UDngmax = 2.4.2. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ luân hồi không điều khiểna. Sơ đồ nguyên tắc và dạng sóng * Tải thuần trởGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 13TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu và dạng điện áp ra trên tảib. Nguyên lý thao tác – Giả sử mạch thao tác ở chính sách xác lập, lý tưởng và điện áp đặt vào cuộn sơ cấpmáy biến áp là hình sin. Khi đó phía thứ cấp MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằngnhau về giá trị hiệu dụng nhưng ngược nhau về pha. U21 = U22 = – Ở nửa chu kỳ luân hồi dương của điện áp u21 diode D1 được phân cực thuận cho dòng điệnchạy qua tải nên iD1 = id, ud = u21, uD1 = 0. Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lạido vậy iD2 = 0, uD2 = u22 – u21. – Ở nửa chu kỳ luân hồi âm của điện áp u21, diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại. Khiđó u22 dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD2 = id, ud = u22, uD2 = 0. Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD1 = 0, uD1 = u21 – u22Như vậy cả 2 nửa chu kỳ luân hồi D1 và D2 luân phiên đóng mở, phân phối điện cho tảitrong cả chu kỳ luân hồi. Từ nguyên tắc thao tác ta kiến thiết xây dựng được dạng sóng dòng điện và điện áptrong mạch như hình vẽ 1.12 c. Công thức giám sát trong mạch – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải : Ud = = = U2 = 0,9 U2 – Giá trị trung bình của dòng điện tải : GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 14TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬId = = = U2 – Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : Khi van dẫn ta có, dòng điện tức thời qua thứ cấp máy biến áp : i2 = i21 = Nhận thấy dòng điện qua thứ cấp máy biến áp là dòng điện hình sin, nên suy ra i1 = m. i2 ; Với m là tỷ số máy biến dòng. Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác lập : – Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi van diode : Ungmax = 2.4.3. Mạch chỉnh lưu hình cầu1 pha không điều khiểna. Sơ đồ nguyên tắc và dạng sóng * Tải thuần trởGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 15TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.6. Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tảib. Nguyên lý làm việcGiả sử mạch đang thao tác ở chính sách xác lập, xét điều kiện kèm theo lý tưởng và điện ápphía thứ cấp u2 = U2sint ( v ). – Trong nửa chu kỳ luân hồi đầu t = 0 đến, điện áp u 2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 đượcphân cực thuận, nên dẫn điện. Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫnđiện cho dòng điện chạy qua tải. Khi đó ta có : u D1 = uD2 = 0 ; uD4 = uD3 = – u20 ; ud = u20 ; iD1 = iD2 = id ; iD4 = iD3 = 0. – Trong nửa chu kỳ luân hồi sau t = đến 2, điện áp – u 2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bịphân cực ngược, nên không dẫn điện. Còn cặp van D 4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điệncho dòng điện qua tải. Khi đó ta có : uD4 = uD3 = 0 ; uD1 = uD2 = u20 ; ud = – u20 ; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0. Các chu kỳ luân hồi sau nguyên tắc hoạt động giải trí tương tực. Các biểu thức dòng và áp – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : Ud = = = 0,9 U2 – Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu : Id = = = – Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là : GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 16TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬI2 = = 1,1. Id – Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode : IDRMS = = = 0,785. Id – Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp : I1 = m. I2 ( m = : Là tỷ số máy biến dòng ) – Dòng điện trung bình qua diode D : IDAV = – Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa : UDngmax = 2.4.4. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ luân hồi có điều khiểna. Sơ đồ nguyên tắc và dạng sóng * Trường hợp tải thuần trởHình 2.7. Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trở Rb. Nguyên lý thao tác – Giả sử mạch đang thao tác ở chính sách xác lập, lý tưởng, điện áp phía thứ cấp u 2 = U2 sint và góc điều khiển. – Trong khoảng chừng t = 0 đến, có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưacó xung điều khiển mở. Khi đó ta có : uT = u2 ; ud = 0 ; iT = id = 0. – Đến thời gian t =, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có đủ hai điều kiệnkích mở nên dẫn điện. Ta có : ud = u2 ; uT = 0 ; iT = id. GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 17TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ – Đến thời gian t =, u2 = 0 và có khuynh hướng âm. Lúc này van T bị phân cực ngượcnên khoá. Như vậy trong khoảng chừng t = đến 2, ta có : uT = u2 ; ud = 0 ; iT = id = 0. – Đến thời gian t = 2, u2 = 0 và có xu thế dương dần, van T được đặt điện ápthuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển kích mở. Như vậy trongkhoảng t = 2 đến 2 +, ta có : uT = u2 ; ud = 0 ; iT = id = 0. – Đến thời gian t = 2 +, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫn điện. Tacó : ud = u2 ; uT = 0 ; iT = id – Các chu kỳ luân hồi sau nguyên tắc hoạt động giải trí tựa như. c. Một số biểu thức thống kê giám sát – Điện áp trung bình trên tải : = = ( 1 + cos ) – Dòng điện trung bình qua tải và Thyristor : = ITAV = = ( 1 + cos ) = – Dòng điện hiệu dụng qua Thyristor : ITRMS = d. – Điện áp thuận lớn nhất trên van T : UTh max = – Điện áp ngược lớn nhất trên van T : UTngmax =. U22. 4.5. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ luân hồi có điều khiểna. Sơ đồ nguyên tắc và dạng sóng * Tải thuần trởGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 18TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.8. Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóngb. Nguyên lý thao tác – Giả sử L =, điện áp phía sau thứ cấp u 21 = – u22 = U2 sin t, xét mạch đang thao tác ở chếđộ xác lập, lý tưởng. – Trong khoảng chừng 0, khi đó không van nào dẫn nên : id = iT1 = iT2 = 0 ; ud = 0 ; uT1 = u21 ; uT2 = u22 – Trong khoảng chừng, khi đó van T1 dẫn còn T2 khóa nên : id = iT1 = ; iT2 = 0 ; ud = u21 ; uT1 = 0 ; uT2 = u22 – u21 – Trong khoảng chừng, khi đó không van nào dẫn nên : id = iT1 = iT2 = 0 ; ud = 0 ; uT1 = u21 ; uT2 = u22 – Trong khoảng chừng, khi đó van T2 dẫn còn T1 khóa nên : id = iT2 = ; iT1 = 0 ; ud = u22 ; uT2 = 0 ; uT1 = u21 – u22 – Các chu kỳ luân hồi sau nguyên tắc hoạt động giải trí tương tực. Các biểu thức trong mạch – Điện áp trung bình trên tải : = = ( 1 + cos ) – Dòng điện trung bình qua tải : = = ( 1 + cos ) = GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 19TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ-Dòng điện trung bình qua Thyristor : ITAV = = – Điện áp thuận và ngược lớn nhất trên van T : UTngmax = UTh max = 2.4.6. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hoàn toàna. Sơ đồ nguyên tắc * Tải R + LHình 2.9. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toànb. Nguyên lý làm việcGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 20TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.10. Dạng sóng dòng điện và điện áp – Giả sử Ld =, điện áp phía thứ cấp u2 = U2 sin t, góc điều khiển. Xét mạch đang làm việcở chính sách xáclập. Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng không. – Trong khoảng chừng 0 < < khi đó van T3 ; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên : id = iT3 = iT4 ; iT1 = iT2 = 0 ; ud = - u2 ; uT1 = uT2 = u2 ; uT3 = uT4 = 0. - Trong khoảng chừng < khi đó van T1 ; T2 dẫn còn T3 và T4 khóa nên : id = iT1 = iT2 ; iT3 = iT4 = 0 ; ud = u2 ; uT4 = uT3 = - u2 ; uT2 = uT1 = 0. - Trong khoảng chừng khi đó van T3 ; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên : id = iT3 = iT4 ; iT1 = iT2 = 0 ; ud = - u2 ; uT1 = uT2 = u2 ; uT3 = uT4 = 0. Các chu kỳ luân hồi tiếp theo lặp lại tương tự như. c. Các biểu thức trong mạch - Điện áp trung bình trên tải : Utải = 2. = 0,9 U2 cos - Dòng điện trung bình qua Thyristor : ITAV = = - Điện áp thuận, điện áp ngược cực lớn trên Thyristor : UTngmax = GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 21TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ2. 4.7. 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 tắc * Tải R + L ; L = ; xét chính sách thao tác 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 việcHình 2.12. Dạng sóng điện áp và dòng điện - Trên sơ đồ nguyên tắc ta thấy nhóm mắc catot chung là những thyritstor được mởvào thời gian t = khi được kích xung điều khiển. Nhóm anot chung là những van diodechúng mở theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào vào điện áp nguồn : D1 mở khi u2 khởi đầu âm ; D2 mở khi u2 mở màn dương. Do vậy quy trình thao tác của những van rong một chu kỳđiện lưới là : GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 22TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ + Trong khoảng chừng : -> thì van T1 và D2 dẫn. + Trong khoảng chừng : -> + thì van T1 và D1 dẫn. + Trong khoảng chừng : + -> 2 thì van T2 và D1 dẫn. + Trong khoảng chừng : 2 -> 2 + thì van T2 và D2 dẫn. Quá trình những chu kỳ luân hồi sau được lặp lại tựa như. – Qua đây ta thấy khi mạch thao tác có hai đoạn có hiện tượng kỳ lạ dẫn thẳng hàng củahai van : T1 và D1 ; van T2 và D2. Do đó khoảng chừng thời hạn này điện áp trên tải bị ngắn mạchud = 0 ( v ). Các đoạn khác ud bám theo điện áp nguồn. Như vậy dòng điện qua tải id vẫnliên tục còn dòng điện qua máy biến áp nguồn thì gián đoạn. Điều này có lợi về mặt nănglượng vì nguồn năng lượng không cần lấy từ nguồn mà vẫn duy trì được trong tải. c. Các biểu thức thống kê giám sát : – Điện áp trung bình trên tải : Ud = = ( 1 + cos ) – Dòng trung bình qua một van bán dẫn : IT = ID = – Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor : ITRMS = IDRMS = = Id – Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp : I2 = = Id – Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor : UTngmax = UTh max =. U2 • Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứnga. Sơ đồ nguyên tắc * Tải R + LGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 23TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬHình 2.13. Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứngb. Nguyên lý làm việcTrong sơ đồ những diode được mở tự nhiên ởcác nửa chu kỳ luân hồi : D1 mở khi u2 âm, D2 mở khi u2dương. Các thyritstor được mở theo góc kíchxung. Còn những van được khóa theo nhóm khi D1dẫn thì T1 khóa khi T1 dẫn thì D1 khóa, khi D2 dẫnthì T2 khóa và ngược lại. Như vậy trong một chukỳ điện áp lưới những van được dẫn trong cáckhoảng sau : + van T1 và D2 dẫn. + van D1 và D2 dẫn. + van D1 và T2 dẫn. + 2 : van T1 và T2 dẫn. Các chu kỳ luân hồi sau quy trình lặp lại tương tự như. Hình 2.14. Dạng sóng điện áp và dòngc. Các biểu thức đo lường và thống kê – Điện áp trung bình trên tải : Ud = = ( 1 + cos ) – Dòng trung bình qua một van thyritstor dẫn : GVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 24TR ƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNĐỒ ÁN MÔN HỌC 3KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬITAV = = Id – Dòng trung bình qua một van diode dẫn : IDAV = = Id – Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor : ITRMS = = Id. IDRMS = = Id. – Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp : I2 = = Id – Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor và diode : Uth max = UTngmax = UDngmax =. U2CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH3. 1. Các thông số kỹ thuật yêu cầuThiết kế sản xuất 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 AGVHD : Nguyễn Thị Vân AnhPage 25

Source: https://dvn.com.vn
Category: Phụ Kiện