10 Mạch chỉnh lưu có điều khiển – Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và 1 pha

Ở bài trước chúng ta đã tìm hiểu về mạch chỉnh lưu không điều khiển sử dụng diode. Bài viết hôm nay sẽ tìm hiểu 10 mạch chỉnh lưu tia và cầu 1 pha và 3 pha có điều khiển. Linh kiện thường được sử dụng trong mạch chỉnh lưu có điều khiển là thyristor thay vì diode. Ưu điểm của mạch này là điều khiển được điện áp trên tải nên mở rộng khả năng ứng dụng của mạch chỉnh lưu.

I. Mạch chỉnh lưu điều khiển 1 pha

1. Chỉnh lưu tia 1 pha

a. Đối với tải R

Thiết kế mạch chỉnh lưu 1 pha có điều khiển như hình vẽ, sử dụng thyristor thay vì diode như ở mạch không điều khiển. Chân điều khiển G được điều khiển bằng bộ phát xung có thể thay đổi được góc kích. Trong các ví dụ dưới đây chúng tôi sẽ sử dụng góc kích 60 độ, độ rộng xung là 10.

Đối với trường hợp tải thuần trở, nguyên lý mạch như sau :

+ Ở bán kỳ dương: thyristor được phân cực thuận, nên khi xuất hiện xung kích ở cực G, thyristor dẫn điện. Điện áp trên tải lúc này bằng với áp nguồn Vo = Vs.

+ Ở bán kỳ âm: thyristor phân cực ngược nên không dẫn điện, điện áp trên tải ở bán kỳ âm Vo = 0.

Mạch chỉnh lưu tia có điều khiển tải R

b. Đối với tải có tính cảm

Giả sử trong trường hợp tải có tính cảm L = 0.1 H, R = 10 thì nguyên lý mạch được trình diễn như sau :

+ Ở bán kỳ dương: Thyristor được phân cực thuận nên khi xuất hiện xung kích lập tức dẫn điện. Điện áp trên tải Vo = Vs, trường hợp tải cảm dòng điện trễ pha so với điện áp nên khi kết thúc bán kỳ dương dòng điện vẫn chưa về 0.

+ Ở bán kỳ âm: ban đầu do Thyristor bị phân cực ngược nên không dẫn điện. Nhưng do tải có tính cảm nên khi ngừng cấp điện sẽ phát sinh ra dòng điện cùng chiều với dòng ban đầu. Dòng điện này làm thyristor tiếp tục dẫn, điện áp tải Vo = Vs < 0, khi cuộn cảm giải phóng hết năng lượng thì điện áp và dòng tải về 0.

Mạch chỉnh lưu tia có điều khiển tải có tính cảm

2. Mạch chỉnh lưu 1 pha cầu có điều khiển

a. Đối với tải thuần trở

Mạch chỉnh lưu cầu có điều khiển trong trường hợp tải R = 10 có dạng sóng như trong hình bên dưới. Trong đó sử dụng bộ kích xung đồng thời cho thyristor D1, D2 với góc kích 60 độ và hai thyristor D3, D4 với góc kích 240 độ ( 60 độ so với chu kỳ luân hồi âm ). Nguyên lý của mạch như sau :

+ Ở bán kỳ dương: Khi xuất hiện xung kích cho hai thyrsitor D1 và D2, hai thyristor này dẫn điện xem như công tắc đóng. Dòng điện đi từ nguồn qua thyristor D1, qua tải, qua D2 và trở về nguồn, áp ải bằng áp nguồn Vo = Vs > 0.

+ Ở bán kỳ âm: Khi có xung kích thì hai thyristor D3 và D4 dẫn điện, dòng điện từ nguồn qua D3, qua tải, qua D4 và trở về nguồn. Điện áp tải ngược cực với điện áp nguồn Vo = -Vs < 0. Do đó điện áp và dòng tải ở bán kỳ âm có cùng độ lớn và ngược cực với nguồn.

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

b. Đối với tải có tính cảm

Trường hợp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển với tải L = 0.1 H và R = 10 .

+ Ở bán kỳ dương: Khi có xung kích thì D1 và D2 dẫn điện, điện áp tải bằng với điện áp nguồn. Do dòng điện trễ pha so với điện áp nên cuối bán kỳ dương dòng điện vẫn lớn hơn 0.

+ Ở bán kỳ âm: Khi có xung kích cho hai thyristor, dòng điện đi từ nguồn qua D3, qua tải, qua D4 và quay về nguồn. Áp tải ngược chiều với áp nguồn: Vo = -Vs > 0, dòng điện tải ở cuối bán kỳ dương chưa về 0 tiếp tục tăng lên theo từng chu kỳ đến khi xác lập.

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển tải RL

3. Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển bán phần bất đối xứng

Các diode Open trong bộ chỉnh lưu điều khiển dưới dạng mạch điều khiển bán phần. Các diode này dùng để thay thế sửa chữa cho thyristor trong mạch làm giảm giá tiền mạch động lực lẫn mạch điều khiển .
Ngoài ra còn có tác dụng hạn chế thành phần xoay chiều của dòng chỉnh lưu, dẫn đến chất lượng dòng điện phẳng hơn. Do đó giúp tăng hiệu suất cũng như thông số hiệu suất nguồn điện. Ở một vài dạng mạch, việc đưa thêm diode vào làm tăng năng lực điều khiển góc kích alpha trong thực tiễn đạt đến giá trị lý tưởng ( ví dụ αMAX = π ) .

a. Đối với tải R

Sơ đồ mạch điều khiển bán phần được vẽ như hình bên dưới. Khác với ở mạch cầu 1 pha điều khiển toàn phần, ở mạch bán phần ta chỉ cần đưa xung kích vào 2 thyristor D1 và D4 .
Đối với tải R nguyên tắc mạch điện và dạng dóng tựa như nhu ở mạch điều khiển toàn phần :

+ Ở bán kỳ dương:  Khi xuất hiện xung kích G1 thì dòng điện từ nguồn qua thyristor D1, qua tải, qua diode D2 và về nguồn. Điện áp và dòng tải bằng với nguồn Vo = Vs, Io = Is.

+ Ở bán kỳ âm: Khi có xung kích G4 thì thyristor D4 dẫn, dòng điện đi qua D3, qua tải, qua D4 và quay về nguồn. Điện áp và dòng tải ngược chiều với nguồn Vo = -Vs < 0.

Mạch chỉnh lưu 1 pha điều khiển bán phần tải R

b. Đối với tải RL

Trong mạch chỉnh lưu tải L = 0.1 H và R = 10. Nguyên lý của mạch như sau :

+ Ở bán kỳ dương: Dòng điện và áp của tải bằng với dòng điện và áp tải nguồn (Vo = Vs và Io = Vs). Dòng điện tải trể pha so với điện áp.

+ Ở bán kỳ âm: Nếu góc kích G4 > 0 thì ở đầu chu kỳ âm do tải có tính cảm nên sẽ phát dòng điện  cùng chiều với dòng ban đầu, dòng điện này sẽ đi qua D2, D3 và qua tải (do đó dòng điện nguồn Is = 0). Dòng qua tải giảm dần đến khi có xung kích G4 thì dòng điện tiếp tục tăng theo từng chu kỳ cho đến khi xác lập.

+ Ở đầu chu kỳ dương tiếp theo: tải RL phát dòng điện đi qua D3, D4 và qua tải nên dòng điện nguồn Is = 0.

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần

4. Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển bán phần đối xứng

Mạch bán phần đối xứng có sơ đồ như hình bên dưới, thay diode D3 bằng thyristor và ngược lại thyristor D4 thay bằng diode .

Góc kích và dạng sóng của mạch này tương tự như ở mạch bán phần bất đối xứng. Chỉ khác đối với tải RL, ở đầu bán kỳ âm tải phát ra năng lượng qua thyristor D1 và D4. Và ở đầu bán kỳ dương tiếp theo tải phát năng lượng đi qua D2 và D3 nên Is = 0.

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần đối xứng

II. Mạch chỉnh lưu 3 pha có điều khiển

1. Chỉnh lưu tia có điều khiển

Tín hiệu xung điều khiển ba thyristor lệch sóng nhau 120 độ, để làm được điều này ta cần tạo bộ xung kích đồng điệu với điện áp nguồn .
Mạch bên dưới sử dụng khối cảm ứng điện áp chuyển điện áp nguồn thành điện áp hoàn toàn có thể đo được, sau đó qua bộ so sánh để tạo tín hiệu số. Tín hiệu số này đưa vào bộ điều khiển góc α, khi tín hiệu số lên mức cao thì bộ điều khiển delay một góc α tương ứng sau đó xuất tín hiệu điều khiển thyristor .

a. Đối với tải thuần trở R

Tương tự như ở mạch tia 3 pha không điều khiển, tại một thời gian chỉ có duy nhất một thyristor dẫn điện và mỗi thyristor chỉ dẫn điện trong 1 phần 3 chu kỳ luân hồi. Điện áp chuyển mạch tạo thành từ bản thân của nguồn điện nêu quy trình chuyển mạch được gọi là quy trình chuyển mạch tự nhiên hoặc quy trình chuyển mạch phụ thuộc vào .
Điều kiện cần để thyristor dẫn là điện áp tức thời mắc trên nó phải lớn hơn 2 pha còn lại. Do xung kích được tạo đồng điệu với điện áp nguồn, giả sử khi đưa xung kích vào chân G của thyristor. Thyristor sẽ dẫn điện và điện áp tải lúc này bằng với điện áp mắc với thyristor tương ứng. Thyristor này sẽ dẫn điện khi điện áp của nguồn mắc tiếp nối đuôi nhau với nó về 0

Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển tải R

b. Đối với trường hợp tải cảm RL

Trong trường hợp tải có mang tính cảm L = 0.1, R = 10. Nguyên lý điều khiển tương tự như như ở tải thuần trở, chỉ khác là khi điện áp nguồn mắc tiếp nối đuôi nhau với thyristor đang dẫn nhỏ hơn 0 thì thyristor vẫn liên tục dẫn. Điều này là do tải cảm trở thành nguồn phát nguồn năng lượng, tạo ra dòng điện cùng chiều với dòng bắt đầu làm thyristor liên tục dẫn. Điện áp trên tải lúc này liên tục bằng với áp nguồn và có giá trị âm, dòng trên tải lúc này vẫn chưa về 0 .
Dòng trên thyristor này dẫn khi xảy ra 1 trong 2 điều kiện kèm theo : cuộn cảm phát hết nguồn năng lượng hoặc có xung kích dẫn thyristor khác .
Đến khi có xung kích cho thyristor tiếp theo ( thyristor trước đó sẽ ngưng dẫn ) dòng điện liên tục tăng theo từng chu kỳ luân hồi cho đến khi xác lập .

Chỉnh lưu tia 3 pha với tải RL

2. Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển

a. Nguyên lý điều khiển mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển

Cho một mạch nguồn xoay chiều 3 pha mắc vào bộ chỉnh lưu cầu 6 thyristor như hình vẽ .

Nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển

Việc điều khiển những thyristor 1, 3, 5 như ở mạch tia 3 pha. Mỗi thyristor chỉ dẫn điện trong một phần 3 chu kỳ luân hồi, tín hiệu điều khiển góc kích G1, G3, G5 sẽ đặt lệch sóng nhau 120 độ. Tín hiệu điều khiển G2 ngược pha ( 180 độ ) so với G1, G4 ngược pha so với G3, G6 ngược pha so với G5 .

Tại mỗi thời điểm sẽ có 2 thyristor cùng dẫn điện, do đó khi chuyển mạch sẽ cần có 2 xung kích được đưa vào 2 thyristor. Trong đó sẽ có 1 thyristor đang dẫn được kích lặp lại. Ví dụ ở chu kỳ đầu tiên khi Thy1 và Thy4 đang dẫn, để kích dẫn Thy6 thành công thì xung kích cần được đưa vào Thy 6 và Thy 1. Khi đó ta nói Thy 1 được kích lặp lại.

Khoảng cách xung kích trước đó đến xung kích lặp lại bằng 60 độ, ta cũng hoàn toàn có thể sử dụng xung kích dạng một chuỗi xung, hoặc xung kích có độ rộng xung là 70 độ ( hình bên trên ) .

b. Chỉnh lưu cầu 3 pha tải thuần trở R

Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển như hình bên dưới. Ở đây tất cả chúng ta sử dụng bộ tạo tín hiệu đồng nhất với điện áp nguồn. Các xung kích G1, G2, G3 được tạo như ở mạch tia 3 pha. Và sử dụng một cổng hòn đảo để tạo tín hiệu ngược pha giữa G1 và G2, G3 và G4, G5 và G6 .
Ở bộ tạo độ trễ ( delay ) alpha đặt điện áp 60V để tạo góc kích 60 độ, và thiết lập độ rộng xung cho bộ alpha là 70 % để bảo vệ việc 2 tại thời gian sẽ có 2 thyristor cùng dẫn .

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển tải R

– Nguyên lý của mạch như sau:

Giả sử tại thời gian Thy1 và Thy4 dẫn điện, dòng điện đi từ nguồn pha V1 qua Thy1, qua tải, qua Thy4 và quay về nguồn V2. Do đó điện áp trên tải lúc này là điện áp pha Vo = V1 – V2. Hình bên dưới là dạng sóng dòng điện và điện áp của tải ứng với góc kích 30 độ .

Nguyên lý mạch cầu chỉnh lưu 3 pha có điều khiển tải R

c. Đối với tải có tính cảm

Đối với mạch có tải cảm L = 0.1 và R = 10. Ta thấy do tải có tính cảm nên dòng điện trễ pha so với điện áp khi điện. Dòng điện sẽ tăng theo từng chu kỳ luân hồi cho đến khi đạt xác lập .
Khi tăng góc kích lên 90 độ, ta thấy Open trên tải điện áp âm. Điều này là do khi điện áp về 0 thyristor ngưng dẫn, nhưng lúc này tải phát nguồn năng lượng tạo dòng điện cùng chiều chạy qua 2 thyristor và qua tải. Do đó điện áp trên tải bằng áp dây của nguồn tương ứng và nhỏ hơn 0 .
Dòng trên thyristor sẽ ngưng dẫn khi xảy ra một trong hai điều kiện kèm theo : cuộn cảm phát hết nguồn năng lượng hoặc khi có xung kích dẫn thyristor khác .

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển tải RL

Video sự thay đổi của dòng và áp tải khi thay đổi góc kích

 >>> Xem thêm:

Xem thêm: Phụ kiện máy đo huyết áp

Tài Liệu Tham Khảo

Điện tử hiệu suất 1 – Nguyễn Văn Nhờ
Download tài liệu tự động hóa tổng hợp tại đây

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